Equipement pour produire de l'énergie électrique ou mécanique

L'invention concerne le domaine de la production d'énergie électrique ou mécanique.

L'invention concerne plus particulièrement un équipement destiné à produire de l'énergie électrique ou mécanique à partir du flux solaire et dont le fonctionnement repose sur celui des tours solaires.

Les tours solaires exploitent deux phénomènes naturels, l'objectif étant de créer un vent solaire : l'effet de serre d'une part, et la convection naturelle d'autre part. Pour ce faire, elles comprennent un collecteur équipé d'une cheminée verticale destinée à l'évacuation de l'air collecté par ledit collecteur. Ce dernier, associé à une serre située à proximité du sol, capte le rayonnement solaire, direct et diffus, et « emprisonne » ce flux énergétique. Le volume d'air contenu dans le collecteur s'échauffe donc. L'air situé en bas (i.e. au niveau du collecteur) étant plus chaud et donc moins dense que l'air situé à la sortie de la cheminée, un gradient de pression est créé. L'air issu du collecteur est alors soumis à la poussée d'Archimède et tend à créer un vent naturel à la base de la cheminée. La puissance cinétique de l'air obtenue dans cette zone est alors transformée en électricité au moyen de turbines disposées dans cette même zone.

De telles tours solaires présentent cependant plusieurs inconvénients.

Tout d'abord, le rendement des tours solaires est lié, outre au potentiel solaire du site, à la hauteur de la cheminée et à la surface du collecteur. Or, construire une tour de très grandes dimensions présente des difficultés techniques et constructives, lesquelles sont accentuées dans les zones soumises aux séismes et/ou aux vents violents.

Ensuite, la construction d'une tour solaire présente des conséquences particulièrement néfastes tant pour l'écologie du site que pour le paysage (à titre d'exemple, une tour de 1 kilomètre est visible à plus de 100 kilomètres sur un territoire plat).

Enfin le coût d'investissement de telles tours s'avère particulièrement onéreux.

Pour tenter de palier certains de ces inconvénients, il a été proposé dans la demande de brevet internationale WO04036039 des tours solaires réalisées avec des matériaux légers de faible coût. Lesdites tours sont maintenues en position sensiblement verticale en introduisant dans leur structure, ou dans une chambre fixée à leur structure, un gaz plus léger que l'air. Les tours ainsi construites peuvent alors présenter des hauteurs importantes. Par ailleurs, l'utilisation de matériaux souples permet à la structure d'une tour de se plier sous l'effet de la force du vent.

Il a été également proposé dans la demande de brevet internationale WO05045245 un système de couverture de site de type modulaire destiné à de très grandes surfaces. Ce système comprend au moins une cheminée d'amenée d'air et au moins une cheminée d'évacuation d'air servant respectivement à amener de l'air dans la zone située sous le système de couverture et à évacuer l'air de cette zone de façon ciblée.

L'installation de tours ou de générateur d'énergie solaire tels que décrits dans les demandes de brevet internationales WO04036039 et WO05045245 reste toutefois problématique vis-à-vis notamment des impacts visuels et écologiques sur le paysage.

L'invention vise notamment à pallier les inconvénients des tours solaires précédemment décrites en proposant un équipement permettant de produire de l'énergie électrique ou mécanique, ledit équipement s'adaptant au site dans lequel il est installé de sorte à présenter un impact limité sur le paysage et l'écologie du site.

A cet effet, et selon un premier aspect, l'invention concerne un équipement pour produire de l'énergie électrique ou mécanique, du type comprenant un espace défini par une couverture d'une part et le sol d'autre part, pour la production d'air réchauffé sous l'effet du rayonnement solaire, cet espace s'ouvrant sur l'extérieur

par au moins une entrée d'air à la surface du sol et par au moins un conduit d'évacuation d'air, l'équipement comprenant au moins une turbine disposée entre ladite couverture et ledit conduit d'évacuation d'air, ladite au moins turbine étant destinée à transformer la puissance cinétique de l'air existant à la jonction dudit espace et du conduit d'évacuation d'air en énergie électrique ou mécanique, ledit équipement étant caractérisé en ce que le conduit d'évacuation d'air est formé par un conduit longeant au moins partiellement un relief naturel s'élevant au- dessus de l'espace.

De cette manière, le conduit d'évacuation bénéficie du relief du site pour ses appuis. Ainsi, non seulement les contraintes techniques liées à la construction d'un conduit d'évacuation d'air de grande hauteur sont supprimées, mais également l'impact visuel sur le paysage s'en trouve amélioré dans la mesure où le conduit d'évacuation « épouse » le relief.

De préférence, l'espace est réalisé de façon modulaire et comprend un ou plusieurs modules de couverture juxtaposés définissant une zone de sol couverte, chaque module comprenant une membrane maintenue à une distance régulière du sol par des moyens de maintien, de sorte à présenter une forme suivant sensiblement le relief du sol.

L'espace formé par une juxtaposition de modules de couverture permet ainsi d'adapter sa forme à la zone dans laquelle il est construit, de sorte à limiter les dommages sur le site, ainsi que son étendue selon le rendement souhaité.

Dans ce cadre, il sera alors également préféré de prévoir un conduit d'évacuation d'air constitué par une pluralité de conduits unitaires disposés successivement les uns à la suite des autres et fixés respectivement au niveau de sol de sorte à former un conduit d'évacuation longeant le sol. Il est ainsi rendu possible de moduler la longueur du conduit d'évacuation d'air en fonction non seulement du rendement souhaité, mais également le dénivelé du site.

Avantageusement, les moyens de maintien de la membrane à distance du sol sont constitués par des éléments formant piliers stabilisés au sol, lesdits éléments formant piliers étant répartis régulièrement sur la périphérie de la membrane.

Avantageusement, le module de couverture est en outre maintenu au sol par des moyens de retenue de la membrane vers le sol. Ces moyens de retenue comprennent par exemple une poche remplie d'eau de sorte à constituer un lest du module de couverture, notamment vis-à-vis de sa stabilisation aux efforts horizontaux et/ou efforts de soulèvement, ladite poche étant positionnée de préférence centralement sous ladite membrane.

Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, les éléments formant piliers sur le sol constituant le module de couverture sont stabilisés au moyen de la poche d'eau dudit module de couverture et au moins une poche d'eau disposée dans une zone adjacente à la zone couverte par ledit module de couverture, chaque élément formant pilier étant relié à une poche d'eau au moyen d'un câble de stabilisation.

On peut alors prévoir que la ou les poches d'eau disposée(s) dans la zone adjacente à la zone couverte par ledit module de couverture constitue(nt) des lests de modules de couverture adjacents audit module de couverture.

Avantageusement, les éléments formant piliers sont réalisés en un matériau gonflable, de forme ovoïdale de sorte à éviter le flambement des éléments formant piliers sous le poids de la membrane.

Avantageusement, la membrane est constituée par une feuille ou plusieurs feuilles superposées réalisée(s) en ETFE ou un matériau équivalent présentant des qualités de non opacité au flux solaire, de légèreté et de résistance mécanique, le nombre de feuilles étant fonction de l'isolation de la membrane et donc de sa capacité à échauffer l'air sous ladite membrane.

Par ailleurs, et afin de préserver l'hydrologie du site, il peut être également prévu que la membrane soit réalisée en un matériau perméable à l'eau ou par une mise en ouvre de la membrane autorisant la collecte des eaux pluviales.

Selon une configuration particulière de l'invention, chaque module de couverture présente des dimensions permettant de couvrir approximativement une zone de 12 mètres de longue sur 12 mètres de large. Une telle dimension a pour avantage de présenter un module de couverture présentant un faible poids et un encombrement minimal de la matière à transporter sur site.

Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un module de couverture pour la réalisation d'un équipement tel que décrit ci-dessus, ledit module étant constitué par une membrane maintenue à une distance régulière du sol par des moyens de maintien comprenant au moins trois éléments formant piliers stabilisés sur le sol.

Selon un troisième aspect, l'invention concerne un procédé de production d'énergie électrique ou mécanique consistant à implanter sur un terrain présentant une zone de relief, un équipement tel que décrit ci-dessus, ledit espace étant défini par une couverture d'une part et le sol d'autre part, et ledit conduit d'évacuation d'air étant formé par un conduit longeant au moins partiellement ladite zone de relief.

D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels :

- la figure 1 est une représentation schématique en perspective d'une installation générant de l'énergie électrique comprenant un équipement selon l'invention ;

- la figure 2 est une vue partielle en perspective partielle d'un équipement selon l'invention ;

- la figure 3 illustre une vue en coupe transversale partielle de l 'équipement de la figure 2 ;

- les figures 4 et 5 illustrent des vues schématiques respectivement de dessus et en perspective d'un module de couverture selon l'invention ; et

- la figure 6 est un schéma évolutif de l'équipement selon l'invention représenté sur la figure I.

En relation avec les figures 1 à 6, il est décrit un équipement 1 destiné à produire de l'électricité, ledit équipement 1 étant relié à au moins une centrale électrique 2 équipée d'un réseau électrique 3 pour acheminer l'électricité obtenue. Dans le mode de réalisation décrit, ledit équipement 1 est réalisé de façon modulaire de sorte qu'il est possible d'adapter sa forme selon le relief et la végétation du site sur lequel il est implanté, ainsi que d'adapter son étendue en fonction du rendement souhaité.

Ledit équipement 1 comprend un espace 4 défini par une couverture 8 d'une part et le sol 16 d'autre part. Ledit espace 4 s'ouvre sur l'extérieur, dans l'exemple illustré, au moyen de sept entrées d'air 5 et d'une sortie d'air, ladite sortie se caractérisant par un conduit d'évacuation 6 longeant le relief du site. Afin de transformer la puissance cinétique de l'air existant à la jonction dudit espace 4 et du conduit d'évacuation 6 d'air en énergie électrique ou mécanique, au moins une turbine 7 disposée entre ledit espace 4 et ledit conduit d'évacuation 6 d'air.

Afin d'obtenir un meilleur rendement de l'équipement, l'espace (4), la ou les turbine(s) (7) ainsi que le conduit d'évacuation d'air (6) sont disposés avantageusement de manière étagée. Plus particulièrement, le conduit d'évacuation (6) est disposé de manière à s'élever, dans son ensemble, au- dessus de l'espace (4), le long du relief.

Ladite couverture 8 est constitué par une pluralité de modules de couverture juxtaposés les uns aux autres, chaque module comprenant une membrane 9 maintenue à une distance régulière du sol 16 par des moyens de maintien 10 adaptés. Il sera par la suite donné aux modules de couverture la référence de la couverture.

Dans le mode de réalisation décrit, le module de couverture 8 est de forme carrée, et est dimensionné pour que le module de couverture 8 couvre une zone présentant une longueur et une largeur respectivement de 12 mètres.

II est bien entendu évident qu'il s'agit d'un exemple particulier de réalisation de l'invention, le module de couverture selon l'invention n'étant pas limité à cette géométrie ni à ces dimensions. Il pourra en particulier être prévu de réaliser un module de couverture de forme triangulaire.

Afin de capter le rayonnement solaire, direct et diffus, et ainsi conférer à l'espace 4 sa fonction de serre en réchauffant l'air disposé sous la membrane 9, celle-ci est réalisée en un matériau transparent ou translucide.

Par ailleurs, afin de préserver l'hydrologie du site sur lequel l'équipement modulaire 1 est installé, la membrane 9 autorise dans son matériau ou sa mise en œuvre une perméabilité aux eaux pluviales.

Préférentiellement, ladite membrane 9 est réalisée en une résine fluorée du type ETFE (Ethylene Tetrafluoroethylene).

De même, afin d'accroître ses propriétés isolantes, on peut prévoir de réaliser une membrane 9 formée par une superposition de feuilles, de préférence de feuilles en ETFE.

Les moyens 10 permettant de maintenir la membrane 9 à une distance du sol 16 sensiblement constante, consistent en des éléments formant piliers 11 , chacun des éléments formant piliers 11 étant maintenus verticalement sur le sol 16 au moyen d'un socle 12.

Ces éléments formant piliers 11 sont répartis régulièrement sur la périphérie de la membrane 9. Dans le mode de réalisation décrit où la membrane 9 est de forme carré, lesdits modules de couverture 8 comprennent quatre éléments formant piliers disposés respectivement à un coin de la membrane 9.

Par ailleurs, et selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, lesdits éléments formant piliers 11 sont réalisés en un matériau gonflable, de forme ovoïdale. En effet, les éléments formant piliers ainsi formés présentent l'avantage de résister au flambement sous le poids de la membrane 9.

Avantageusement, les éléments formant piliers 11 présentent une hauteur comprise entre 1 ,5 et 4 mètres, et de préférence de l'ordre de 3 mètres. Une telle hauteur des éléments formant piliers 11, et donc de la membrane 9 formant chacun des modules de couverture 8, a pour avantage et de permettre le passage d'un individu. Cette dernière fonctionnalité peut en effet présenter un intérêt dans le cadre d'utilisations secondaires de l'espace 4, tout au moins à proximité des entrées d'air 5, comme par exemple dans le cadre d'une utilisation horticole (espace utilisé pour la culture sous serre).

Chaque module de couverture 8 comprend en outre des moyens de retenue 13 de la membrane 9 en direction du sol 16. Selon le mode de réalisation décrit, les moyens de retenue 13 comprennent une poche 14 remplie d'eau, ladite poche constituant un lest de ladite membrane 9, vis-à-vis notamment des efforts de soulèvement générés par le vent.

Avantageusement, ladite poche d'eau 14 est disposée de manière à être centrale par rapport à ladite membrane 9.

Ainsi, de part sa construction, le module de couverture 8 exploite la légèreté structurelle des structures tendues par double courbure inverse, les éléments formant piliers 11 fournissant les points hauts de la membrane 9, et les poches d'eau 14 tirant et ancrant le point bas de la membrane 9. De même, le module de couverture 8 étant soumis essentiellement à des efforts de traction, les seules parties comprimées étant l'air et l'eau contenus respectivement dans les éléments formant piliers 11 et les poches 14, un espace 4 construit avec ce type de modules de couverture présente l'avantage de ne pas être soumis aux instabilités liées à de la matière comprimée.

Selon une configuration particulière de l'invention, les poches 14 de chacun des modules de couverture 8 sont constituées par une enveloppe extérieure réalisée en polytétrafluoroéthylène (PTFE) de couleur noire ou autre matériau présentant des caractéristiques mécaniques analogues. Ainsi, parallèlement à leur fonction de lest des membranes 9 de chacun desdits modules de couverture 8, lesdites poches d'eau 14 jouent un rôle d'accumulateur à chaleur. Ces poches d'eau 14 permettent en effet, par la libération la nuit de la chaleur emmagasinée le jour, de constituer un équipement fournissant de l'énergie à tout moment et ce, quelque soit le degré d'ensoleillement.

Par ailleurs, chaque élément formant pilier 11 d'un module de couverture 8 est stabilisé au niveau du sol 16 au moyen de câbles de stabilisation 15 retenus au sol 16 par des poches d'eau 14 réparties autour dudit élément formant piliers. Chaque câble de stabilisation 15 reliant un élément formant pilier 11 à une poche d'eau est fixé au niveau de l'une de ses extrémités à la tête dudit élément formant pilier 11 , l'autre extrémité étant reliée à l'une desdites poches 14.

Plus précisément, un élément formant pilier 11 d'un module de couverture 8 est stabilisé au niveau du sol 16 via les poches d'eau entourant ledit élément formant piliers : la poche d'eau 14 centrale dudit module de couverture 8 en question et les poches d'eau 14 des modules de couverture adjacents audit module de couverture 8 et pour lesquels ledit élément formant pilier 11 est un moyen de maintien commun.

Ainsi, dans le mode de réalisation décrit, où la membrane 9 est de forme carrée, chaque élément formant pilier 11 est stabilisé au sol 16 par l'intermédiaire de quatre poches d'eau 14 de préférence réparties sur un cercle et espacées angulairement les unes des autres de 90 degrés. Il est bien entendu évident que cette disposition est choisie suivant la forme de la membrane 9. Aussi, pour une membrane présentant une forme autre que carrée, il pourra être choisi une répartition différente des éléments formant piliers.

La formation de l'espace 4 est réalisée comme suit. Un premier module de couverture 8, tel qu'illustré sur la figure 5, est installé. Ce premier module

comprend une membrane 9 maintenue à distance du sol 16 par quatre élément formant piliers 11 disposés à chaque coin de ladite membrane 9. Chaque élément formant pilier 11 pourvu de câbles de liaison 15 est stabilisé par quatre poches d'eau 14, l'une des poches constituant le lest central de ladite membrane 9, les autres poches étant disposées en dehors de la zone couverte par la membrane 9. Il est à noter que sur les trois poches « extérieures » à la zone couverte, deux serviront respectivement à la stabilisation d'un autre élément formant pilier 11 dudit module de couverture 8. Dans le mode de réalisation décrit, les poches concernées sont les poches référencées sous les numéros 141 à 144. Un deuxième module de couverture est ensuite installé, la membrane de ce deuxième module étant juxtaposée à la membrane 9 du premier module 8 de sorte que : i) deux des éléments formant piliers du premier module de couverture constituent deux des éléments formant piliers du deuxième module de couverture ; ii) l'une des poches d'eau disposées à l'extérieur de la zone couverte par le premier module constitue à son tour un lest central de la membrane du deuxième module de couverture. Et ainsi de suite.

Il est à noter que l'eau pluviale collectée par le premier module fournit éventuellement la matière pour réaliser le lest du deuxième module. Les deux modules de couverture construits permettent alors de re-collecter l'eau nécessaire au lest d'ancrage des deux autres modules. Et ainsi de suite.

Par ailleurs, les éléments constitutifs de l'équipement sont rendus compact pour faciliter leur transport et ainsi faciliter la construction mais également la démolition : les modules de couverture sont dimensionnés pour être aisément transportables ; les éléments formant piliers 11 sont gonflés ; les éléments en compression, à savoir l'eau disposée dans les poches et l'air des éléments formant pilier, sont des fluides potentiellement récupérables sur site.

Dans un souci d'adapter le rendement de l'équipement 1 aux besoins en énergie, le conduit d'évacuation 6 d'air est avantageusement constitué par une pluralité de conduits unitaires 60 disposés successivement les uns à la suite des autres et fixés respectivement au niveau de sol 16, de sorte à former un conduit d'évacuation de longueur adaptée aux rendements souhaités et à la dénivellation

du site dans lequel ledit équipement est implanté. Avantageusement, les conduits unitaires 60 reposent directement sur des appuis naturels constitués par le relief du site.

Afin d'améliorer le rendement de la fourniture d'énergie, il sera également avantageux de prévoir l'équipement modulaire dans un site où le relief permet la construction d'un conduit d'évacuation 6 d'air d'une hauteur de plus de 2000 mètres.

Ce rendement pourra encore être amélioré par le choix de l'emplacement de l'espace 4. En effet, il a été constaté que le rendement obtenu sera plus important selon l'inclinaison donné au à la couverture 8 par rapport à un sol plan. Ainsi, il sera avantageux de prévoir un espace sur un sol dont la couverture 8 constitué par une pluralité de module de couverture 8 présente une inclinaison comprise entre 0 degré et 45 degrés, et de préférence entre 10 degrés et 25 degrés pour les latitudes comprises entre 10° et 45° en valeur absolue.

L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir de l'invention.