La présente invention concerne un procédé de fabrication de neige artificielle. Elle vise également un dispositif conçu pour la mise en oeuvre de ce procédé.

Plus exactement, l'invention se rattache aux pro¬ cédés industriels de fabrication de neige qui permet¬ tent des débits suffisamment importants pour être utilisables sur les pistes de ski afin de compenser un enneigement naturel déficient.

Jusqu'ici, les installations connues, quel qu'en soit le principe, utilisent des générateurs de neige qui travaillent le long des pistes mêmes, soit, en les déplaçant au fur et à mesure des besoins, soit en les répartissant le long des tronçons à enneiger.

Tous les générateurs de neige que l'on appelle communément "canons à neige", sont, en fait, des pulvé¬ risateurs projetant dans l'air ambiant, à température négative, de fines gouttelettes d'eau qu'il faut geler pour obtenir des cristaux de neige ou plus exactement de givre. Seuls, sont donc en présence, l'air extérieur froid et l'eau qui échangent directement leurs calo¬ ries, par réchauffement de celui-là et par ëvaporation d'une partie des gouttelettes s'il n'est pas saturé. Pour que ce processus se déroule dans de bonnes conditions, il est indispensable que la nuclëation primaire démarre le plus rapidement possible sous forme d'un maximum de germes d'ensemencement, afin que les échanges de chaleur entre l'eau et l'air aboutissent à une nuclëation secondaire la plus complète possible, même si les cristaux fabriqués contiennent plus d'eau résiduelle que la neige naturelle. C'est là qu'inter¬ vient le type de générateur de neige utilisé. Les uns sont des pulvérisateurs pneumatiques à grand débit dans

lesquels on utilise le refroidissement thermo¬ dynamique dû à la détente de l'air comprimé, pour fabriquer au niveau du canon à neige lui-même, une grande quantité de germes d'ensemencement. Les autres utilisent des rampes de pulvérisation circulaires ou toriques, à gicleurs multiples; la nuclëation primaire -> est obtenue, soit à partir de gicleurs hydrauliques très fins aptes à créer des germes en assez grande quantité, soit à partir de petits pulvérisateurs pneumatiques qui, en principe, favorisent rapidement la même formation. Le brouillard de givre ainsi obtenu est entraîné dans un flux d'air important créé à partir d'un ventilateur hélicoïdal placé à l'amont des rampes et qui entraîne également les gouttelettes de taille plus ou moins importante, qui vont elles-mêmes givrer à partir des germes. Un procède dérivé du principe précé¬ dent permet d'obtenir des fines gouttelettes en diri¬ geant un jet d'e-au à haute pression directement sur les pales d'un ventilateur tournant à très grande vitesse. Dans un volume d'air à température négative à un certain degré d'humidité relative, il peut se congeler une masse définie d'eau pulvérisée. Plus le volume d'air qui enveloppe la gouttelette est important, plus le sera aussi la masse d'eau congelable. Deux paramètres interviennent : la puissance du jet qui entraîne les gouttelettes d'eau plus ou moins loin, et le renouvellement de l'air : vent ou simplement brise de pente, courant de convection, apport d'air par tout moyen mécanique artificiel. L'importante quantité de chaleur absorbable par évaporation, qui dépend du degré de saturation de l'air, peut jouer, dans les échanges à l'intérieur de l'enveloppe de dispersion du jet, un rôle considérable, puisque chaque Kg d'eau évaporé absorbe grossièrement plus de 600 Kcal . Le rôle de l'eau évaporée décroît lorsque baisse la température sèche, mais il est très important jusque vers -8° C.

Or, c'est entre 0° C et cette température que les statistiques climatiques, dans de nombreux pays où l'on ressent le besoin de produire de la neige, montrent que se concentrent le plus grand nombre possible d'heures de fonctionnement. Le rendement des installations de fabrication de neige dépend largement des résultats obtenus dans cette plage.

L'eau pulvérisée en fines gouttelettes peut rester liquide très en deçà de la température de 0° C. Cet état de surfusion varie avec la composition de l'eau. Plus elle est pure (cas des gouttelettes contenues dans les nuages) plus la température effective de congéla¬ tion est basse. Les eaux naturelles utilisées dans les canons ne sont pas pures et contiennent, mais en quan- tité très variable, beaucoup de noyaux glaciogènes qui ramènent la température de nuclëation primaire plus près de la température de congélation de 0° C et ce d'autant plus que les gouttelettes sont fines. Pour une température négative et une humidité relative donnée, le rendement d'une installation de fabrication de neige dépend donc : des diamètres des gouttelettes, de leurs trajectoires jusqu'au sol, du renouvellement de l'air ambiant, très largement de la quantité de germes d'en¬ semencement dès la sortie du générateur et, enfin, de la quantité des noyaux glaciogènes.

La pression partielle de vapeur d'eau tend vers la saturation e (t), par rapport à l'eau liquide. Mais il existe aussi une tension de vapeur saturante par rapport à la glace e.(t). Or, e (t) > e.(t), avec un maximum à -11,8° C, correspondant à 0,27 mb. A partir d'un certain niveau d'échange par évaporation, l'air peut être en état de sous-saturation par rapport à l'eau liquide et de sursaturation par rapport à la glace. Les germes de givre grossissent au détriment des gouttelettes d'eau. Ce processus, très important dans le mécanisme des précipitations naturelles de neige,

l'est beaucoup moins dans le cas de celle produite artificiellement. Les distances, donc les temps d'échange disponibles, sont faibles. C'est avant tout la valeur de l'humidité relative qui est primordiale : plus elle est basse pour une température sèche négative donnée, plus le rendement des enneigeurs augmente.

La mise en service récente de procédés originaux de transport pneumatique de la neige naturelle ou fabri¬ quée, permet d'envisager de transférer, à des distances qui peuvent largement dépasser 1.000 m, de grosses quantités de neige. La concentration des points de production est ainsi envisageable.

La présente invention a notamment pour but de proposer un nouveau procédé et un nouveau type de générateur de neige fabriquant la neige en "carrière" et favorisant le contrôle de tous les paramètres utiles, pour obtenir la plus grande quantité possible d'eau congelable dans des conditions déterminées de. température sèche«r d'humidité relative et de Vitesse de déplacement de l'air. Ce générateur exige un réglage automatique de tous les éléments qui conditionnent son fonctionnement, par adaptation de dispositifs parfai¬ tement connus et maîtrisés. Ils intègrent toutes les conditions atmosphériques ainsi que les caractë- ristiques de l'eau et de l'air puisé.

Par contre, l'invention décrite propose un réglage particulier pouvant prendre directement en compte la teneur en eau des cristaux fabriqués.

La figure 1 est une vue de côté, à caractère schématique, du générateur de neige selon l'invention.

La figure 2 montre, schématiquement, la disposition des rampes d'alimentation des buses et des pulvéri¬ sateurs hydropneumatiques de ce générateur.

La figure 3 montre le schéma de l'ensemble de l'installation : alimentation, production, automatisme.

La figure 4 montre, schématiquement, le principe

d'un pulvérisateur hydropneumatique air/eau.

La figure 5 montre le schéma d'un pulvérisateur pneumatique utilisant l 'azote liquide et gazeux ainsi que sa localisation par rapport aux buses de petites granulomëtries.

La figure 6 montre le schéma de buses à azote liquide et leur localisation.

La figure 7 montre le schéma de pulvérisateurs ultrasoniques à azote liquide et leur localisation. La figure 8 illustre, schématiquement, l'utilisa¬ tion, pour l'ensemencement, de cristaux de neige atomisés et dispersés dans le nuage des particules à congeler.

La figure 9 montre, schématiquement, l 'utilisation d'un générateur de neige fonctionnant en "carrière". La figure 10 montre les courbes de variation des constantes diélectriques comparées de l 'eau et de la glace entre 10 ³ et lO^Hz.

Le générateur de neige selon l 'invention représenté schématiquement à la figure 1 s'apparente au principe des canons ventilateurs à jets multiples, par l'uti¬ lisation de gicleurs hydrauliques et de gicleurs hydro¬ pneumatiques fournissant un brouillard de particules d'eau et de givre, entraîné par un courant d'air pro- duit par un ou plusieurs puissants ventilateurs centrifuges.

Le générateur de neige selon l 'invention comporte une pluralité de rampes de pulvérisation étagées 1, l' munies de buses de pulvérisation 2, 8 et disposées parallèlement ou sensiblement parallèlement avec une orientation horizontale ou quasiment horizontale. Les particules éjectées de ces buses de pulvérisation à une certaine vitesse, sont accélérées par un puissant flux d'air produit par un ou plusieurs ventilateurs 3 placés en arrière et en amont des rampes dé pulvérisation 1, l', ces ventilateurs étant avantageusement constitués

par des ventilateurs centrifuges, à vitesse variable ou non, qui permettent une répartition régulière du flux d'air dans la section d'entrée du diffuseur 6 à la sor¬ tie duquel sont disposées lesdites rampes de pulvëri- sation et un niveau sonore acceptable.

Le débit des ventilateurs 3 et la vitesse de l'air sont calculés simplement afin de permettre aux parti¬ cules, quelle que soit leur taille, de suivre une trajectoire 4 d'une longueur suffisante pour obtenir une densité maximum correcte de la neige fabriquée. Le débit de l'air des ventilateurs peut varier pour mieux répondre aux variations importantes des pressions de l 'eau, de son débit, des types de buses en fonction¬ nement, de la direction et de la vitesse des dëplace- ments de l'air ambiant. Les trajectoires des particules varient aussi. selon la hauteur h 5 du diffuseur 6 au-dessus du sol et la pente du sol naturel 7.

Les fines particules d'eau sont fournies par un grand nombre de buses hydrauliques 2, tandis q.ue les germes d'ensemencement sont produits par des pulvé¬ risateurs hydrauliques 8 en nombre beaucoup plus réduit.

Les rampes de pulvérisation 1, 1 ' munies des buses hydrauliques 2 et des pulvérisateurs hydropneumatiques 8, respectivement, forment un ensemble de rampes comportant avantageusement, une unique rampe 1 ' équipée de pulvérisateurs hydropneumatiques et une pluralité de rampes 1 équipées de buses hydrauliques ; la rampe l' munie des pulvérisateurs hydropneumatiques étant placée à la partie inférieure dudit ensemble, c'est-à-dire au-dessous des rampes 1 permettant la production de fines particules d'eau.

La rampe l' munie de pulvérisateur hydropneumati - ques 8 a, avantageusement, une longueur plus, importante que celle des rampes 1 munies des buses hydrauliques 2, et déborde de chaque côté de l'ensemble constitué par

ces dernières ; l 'utilité de cette disposition étant expliquée dans la suite du présent exposé.

L'ensemble de rampes de pulvérisation 1, l' est disposé à la sortie du diffuseur 6 constitué par un caisson ouvert à l 'avant et ayant un profil transversal divergeant en direction de son ouverture antérieure de sortie 6a.

L'ensemble constitué par les rampes 1, 1 ' munies de buses hydrauliques et de pulvérisateurs hydropneu- matiques 8, et par le diffuseur 6,est mobile autour d'un axe vertical 48, de façon à avoir une orientation variable lorsque les vents sont trop changeants en direction.

Les pulvérisateurs hydropneumatiques spéciaux 8 dont des exemples de réalisation sont décrits dans la suite du présent exposé, permettent la production de germes d'ensemencement très fins et très nombreux qui sont entraînés également sous forme d'un brouillard de givre par le courant d'air provenant des ventilateurs 3. L'air des pulvérisateurs hydropneumatiques 8 est fourni par des compresseurs sous des pressions de 7 à 20 bars. La pression de l 'eau des pulvérisateurs hydropneumatiques varie avec les conditions d'exploi¬ tation. Comme indiqué précédemment, les pulvérisateurs hydrauliques 8 sont situés à la base du diffuseur 6, sur toute la longueur de celui-ci. Pour augmenter le rendement de l'enneigeur et permettre la mise en route de buses à très gros débit, corrélativement ou non avec l 'augmentation des pressions de l 'eau, on peut aussi placer des pulvérisateurs hydropneumatiques supplé¬ mentaires au-dessus du diffuseur 6 ou à l'intérieur de sa surface de sortie, essentiellement pour les basses températures (inférieures à -12° C environ).

Les rampes de pulvérisation sont placées dans -des volets 33 et 49 aërodynamiques.

Ces volets comportent une extrémité frontale

arrondie et ils sont placés à l 'intérieur du diffuseur 6 ; ils participent à la régulation et à la répartition du flux d'air engendré par chaque ventilateur 3. L'eau à congeler peut être refroidie dans des échangeurs air/eau 9 ou, de préférence, dans des tours de refroidissement à circuit ouvert 14 (figure 3).

La fabrication de neige en "carrière", donc à poste fixe, permet de se libérer des contraintes géométriques et de poids qui limitent actuellement la taille des générateurs, tous mobiles ou multiples. Les rampes circulaires ou toriques des canons ventilateurs connus étant remplacées, selon l'invention, par des rampes horizontales, les fonctions affectées à chaque type de buse ou groupe de buses, peuvent être différenciées. Ainsi, à la sortie de l'appareil, on peut avoir des strates de gouttelettes jouant, chacune, un ou plu¬ sieurs rôles spécifiques dont dépend le rendement global de l 'installation* Ce résultat est obtenu par l 'utilisation de buses de types différents avec alimen¬ tation variable. Plus la granulométrie des gouttelettes de chaque type de gicleur ou buse hydraulique est fine, plus leur rôle consiste à augmenter, le plus près pos¬ sible de la sortie de l 'appareil, les germes d'ense- mencement par coalescence avec les germes des pulvé¬ risateurs hydropneumatiques, mais aussi à produire du froid par évaporation en fonction de l 'humidité rela¬ tive de 1 ' air.

La figure 2 illustre, schématiquement, la répar- tition, en quinconce, des buses hydrauliques 2 et des pulvérisateurs hydropneumatiques 8, à la surface de sortie du diffuseur 6. Le relatif espacement des buses, de l'ordre de 15 à 25 cm, et leur disposition en- quin¬ conce, permettent d'intéresser un volume djair d'ëchan- ge important et limitent la coalescence des_._goutte- lettes, au moins sur la première partie de leur trajec¬ toire où elles vont pouvoir se refroidir à leur

température de congélation mais aussi s'évaporer, surtout les plus petites. On rappelle, en première approximation, qu'un gramme d'eau évaporé abaisse de 1,6° C la température d'un m3 d'air alors que cette température s'élève de 0,23° C lorsque ce même gramme d'eau passe à l'état solide.

L'installation selon l 'invention peut être équipée de dispositifs d' automation, connus en soi, grâce aux¬ quels il est possible de sélectionner le nombre et le type de buses du générateur de neige qu'il est souhai¬ table de mettre en service, en fonction de la tempé¬ rature. Ainsi, plus la température humide s'abaisse, plus l 'appareil met en service, automatiquement, des gicleurs à gros débit avec augmentation corrélative de la granulométrie des gouttelettes.

La figure 3 représente un schéma de fonctionnement d'ensemble du générateur de neige. L'eau arrive à un compteur de débit 10 et traverse un ensemble comprenant une vanne 11 et un filtre 12. A la suite de cet ensem- ble, un robinet altimëtrique 13, réglé sur le niveau d'un bac 15 par une prise 16, alimente un réfrigérant 14 qui se déverse dans un bac 15. Celui-ci est muni d'une vidange 17 et d'un déversoir 18. Une ou plusieurs pompes à haute pression 19 reprennent l 'eau du bac 15 pour l 'envoyer dans les rampes de pulvérisation 1 à travers un déversoir 20, un dëbitmëtre 21, un li iteur de pression 22 et un filtre 23. Les buses de différents diamètres 2 sont réparties sur les rampes 1. Le même réseau fournit l 'eau des pulvérisateurs hydropneuma- tiques 8. L'air des pulvérisateurs est fourni à des pressions entre 7 et 20 bars par un compresseur 24 muni d'un ensemble comprenant un réfrigérant 25 et un décanteur 26 et qui alimente la rampe 27 sur laquelle lesdits pulvérisateurs sont branchés. ^" Le ventilateur centrifuge 3 fournit l 'air de propulsion à travers l 'ensemble diffuseur 6.

Un ensemble de régulation équipé d'un automate programmable 28 reçoit les informations suivantes : température sèche 29, humidité relative 30, vitesse de déplacement de l 'air ambiant et direction 31, tempé¬ rature de l'eau à congeler 32. Les données servent à piloter le compresseur 24, le ventilateur, les pompes à eau 19 et le li iteur de pression 22.

Le dëbitmëtre 21 contrôle le bon fonctionnement des buses 2 et des pulvérisateurs hydropneumatiques 8.

La figure 2 montre que la rampe et le système volet diffuseur 33 des gicleurs hydropneumatiques 8 débordent de chaque côté du diffuseur principal 6, afin que le brouillard des germes d'ensemencement couvre bien l 'étalement maximum des dispersions des gouttelettes produites par les buses 2, quelle que soit la direction de déplacement de l 'air ambiant, dans les limites fixées pour le bon fonctionnement de l'appareil : 60 degrés environ, de part et d'autre de l'axe de l 'appareil. La figure 2 montre aussi que le générateur ^{• '} peut être avantageusement composé d'éléments juxtapo- sables formés de modules standards 47 afin d'augmenter, à volonté, sa capacité de production.

La figure 4 montre le schéma d'un pulvérisateur hydropneumatique 8 à air comprimé avec mélange à l 'intérieur, à partir de l 'arrière de l 'appareil, près des gicleurs d'air et d'eau. Ce matériel est carac¬ térisé par une chambre de mélange 34 très longue, par exemple de 150 à 200 mm pour un diamètre de 10 à 12 mm. Une hélice à ailettes 35, du genre de celles qui sont utilisées couramment sur les buses hydrauliques à cône plein, est placée en amont d'une buse à jet plat 50 constituant l 'extrémité du pulvérisateur et assurant une répartition rectangulaire des particules.

L'invention prévoit le remplacement des ^' pulvêri- sateurs air/eau de ce type, par des pulvérisateurs utilisant un liquide cryogénique, tel que l'azote, ou

par la dispersion, directement dans le brouillard, de fines particules de neige prélevées à proximité du générateur de neige.

La figure 5 montre le schéma d'un pulvérisateur pneumatique 36 fonctionnant à l'azote sous forme liquide et gazeuse. L'azote est stockée dans un ballon 37 à proximité de l 'appareil. L'azote gazeux est obtenu à partir de ce ballon à l 'aide d'un ëchangeur 38. Les pressions des phases liquides et gazeuses à l 'arrivée aux pulvérisateurs 36 sont pratiquement les mêmes.

Ceux-ci sont également placés à la base de l 'appareil, horizontalement, mais beaucoup plus près que les pulvé¬ risateurs hydropneumatiques 8, des premières rampes hydrauliques qui seront à très fines granulomëtries. La figure 6 montre le schéma d'installation de buses à azote liquide sous pression 39, à proximité des premières buses hydrauliques à très fines granulomë¬ tries. •

^" La figure 7 montre le schéma de pu>l vêri sateurs d'azote liquide à ultrasons sous très faible pression 40 fonctionnant à l 'aide d'un oscillateur 41 vibrant à des fréquences comprises entre 20 et 100 KHz. La rampe de pulvérisateurs 40 est, dans ce cas, avantageusement placée entre deux rampes 1 de buses hydrauliques 2 à très fines granulomëtries.

La figure 8 montre, schématiquement, les disposi¬ tifs de prélèvement 42 et de dispersion 43 de cristaux de neige (naturelle ou artificielle) à l'intérieur du brouillard d'eau sortant des buses 2 pour casser la surfusion. Pour éviter des consommations de neige trop élevées, il est nécessaire d'obtenir une atomisation très poussée et une dispersion efficace des cristaux. Ce résultat est obtenu au moyen des ventilateurs 43 constituant les dispositifs de dispersion, tournant à très grande vitesse.

Dans tous les systèmes décrits précédemment, la

protection, contre le gel, des canalisations d'eau et de leurs accessoires, ainsi que de tous les éléments des réseaux d'air comprimé où il y a possibilité de détente (en marche normale ou à l'arrêt de l'installation), est assurée par une enveloppe de calorifugeage et un traçage continu à l'aide de résistances électriques s ' autorëgul ant à une tempé¬ rature voisine de + 5° C. A l 'arrêt de l'installation, tous les circuits extérieurs se vidangent, par prêcau- tion, avec l 'adjonction éventuelle de vannes motorisées à 3 voies, actionnées automatiquement. Les rampes 1, l' décrites comme horizontales présentent, en fait, de manière intéressante, afin de faciliter cette vidange, une très légère pente tout en restant parallèles entre elles.

La figure 9 montre, schématiquement, l 'utilisation qui peut être faite d'un générateur de neige à poste fixe selon l 'invention, afin de permettre l'enneigement d'une piste de ski. La fabrication de la neige en carrière, dans un site choisi pour ses qualités spécifiques et sans aucune gêne pour l 'environnement, permet d'obtenir un rendement très élevé dû à la possibilité de prendre en compte, dans le programme de fonctionnement, l 'ensemble des variables concernées, mais avec une valeur unique pour chacune d'entre elles. Le générateur est complété par un système de prélè¬ vement de la neige 44 et de son transfert sous pression dans une canalisation flexible ou rigide 45 qui permet de la répandre sur la piste à partir de bouches 46 correctement réparties le long du tracé. Les fonctions "production" et "transport" de la neige sont totalement indépendantes et peuvent donc adopter, chacune, des horaires différents et variables. ro¬ uans le cas où il n'est pas possible de-disposer d'un site d'implantation offrant un maximum d'heures de fonctionnement avec des vents ou des brises se

maintenant dans un cône de fonctionnement acceptable, d'environ 120 degrés, l 'ensemble rampes 1 et diffusieur 6 peut être mobile autour d'un axe vertical 48, comme indiqué précédemment. H est envisagé d'utiliser, pour régler le fonc¬ tionnement automatique du générateur, la mesure directe de la teneur en eau liquide (TEL) des cristaux de neige fabriqués, au fur et à mesure de leur production, au sol ou sur leurs trajectoires. Le procédé utilise les variations des propriétés électriques de l'eau en phase solide ou liquide, essentiellement de sa constante diélectrique. On peut analyser dans la formule : ε = E ¹ - j ε",soit les fluctuations de ε ' (permitti vite relative), soit de ε" (facteur de perte, caractérisant l 'absorption). Les fréquences utilisées, selon les types de mesures, seront inférieures à 1 GHz ou supé¬ rieures (domaine des microondes).

La figure 10 donne, à titre d'exemple, dans le domaine des radios fréquences, les variations et les différences importantes des per itti vi tés relatives de l 'eau ε'e et de la glace ε'g, ainsi que les facteurs de perte de l 'eau ε"e et de la glace ε"g. La neige humide qui nous intéresse voit donc ses propriétés électriques varier considérablement avec sa TEL. il faut noter que la mesure de la TEL des cristaux n'est pas assimilable à la mesure de la masse volumique de la neige fabriquée. Il n'y a correspondance étroite entre ces deux données que si les cristaux restent identiques dans leurs formes, leurs tailles, leurs structures et leur distribution. Or, on sait que tel n'est pas le cas puisque beaucoup des paramètres en question se modifient en fonction des types des buses et de leur débit, des pressions et des températures de l 'eau et de l 'air, etc..