Brevet FR2209013A1 — publié le 19740628

La présente invention concerne un procédd et une installation destinés essentiellement à protéger une partie de voie bulle qu'un passage routier ou une piste d'atterrissage contre le verglas Dans certaines voies do circulation routière, il est de constatation courante que seules certaines partie de la voie sont régulièrement sujettes au verglas.Il s'agit la plupart du temps, soit des passages routiers exposes à des vents locaux importants do secteur nord dus à a présence d'obstaclos naturels tels que cornes de boi, maisons d'habitation, murs de obture, etc, soit de passages routiers correspondants aux ouvrages d'art tels que ponts et échangeurs. Ces derniers sont en effet soumis aux conditions ambiantes par leur face supérieure et inférieure et ne b- néficient pas de ce fait d'un éventuel réchauffement par le sol. En vue d'éviter la présence sur le revetement de la voie d'une mince couche de glace (verglas) présentant un danger évident pour la circulation des véhicules compte tenu de la perte d'adhérence qu'elle entraîne, on a déjà proposé, notamment pour les pistes d'atterissage, des installations électriques aptes à réchauffer le revestemenx dans sa masse de manie à faire fondre les plaques de verglas qui auraient pu. se produire. La plupart de ces installations consiste essentiellement à noyer dans le revetement bitumineux de partie de voie à protéger des fils conducteurs résistants alimentés par une source électrique de puissance convenable, les fils étant le plus souvent disposés transversalement à l'axe de la voie. Avec de telles installations, il faut compter une dépense 2 d'énergie d'environ 250 watts par ni de revêtement sans être as- suré pour autant d'une efficacité totale étant donné que gie dissipe sous forme calorifique est en majeure partie absorbée par le revêtement, De plus, de telles installations sont incapables de prévenir la précipitation de brouillard givrants sous la forme d'une couche de glace sur le revetoment alors qu'il est clair que la majeure partie de l'énergie dissipée est essenticl lei,,ent utilisée pour fournir la chaleur nécessaire à la transfor mation endothermique du changement d'état de la glace en eau. L'objet essentiel de l'invention est de proposer un procédé et une installation permettant non seulement dtel minerl avec une dépense d'ënerbie relativemellt faible, la présence de plaques de verglas sur une partie de voie déterminée mais également et surtout un procédé et une installation susceptibles de prévenir la formation de telles placlues de verglas sur la voie, alors meule que les conditions "normales" d'apparition du verglas sont réunies, telles notamment que la présence au-desus de cette voie do brouillards givrants. A cette fin, le procédé de protection contre le verglas selon l'invention se caractérise en ce que l'on excite la propagation au voisinage de la surface supérieure du revetement de la voie d'une onde de type E dite transverse magnétique à très hau- te fréquence, la présence dun milieu relativement conducteur tel qu'une zone humide au-dessus de la surface du revetement entrainant une dissipation importante, par effet Joule, dans cette zone de l'énergie de ladite onde E. Pour exciter la propagation de cette dernière, il suffit par exemple dtémettre au voisinage de la surface supérieure du revêtement de la voiq une micro-onde dont le vecteur champ magnétique H présente une composante parallèle au plan de cette surface. Avec un tel procédé, on comprend qu'il est possible, avec la propagation d'une onde E transverse magnétique le long de la surface du revetement, de réchauffer dans la masse et donc-de faire fondre les plaques de verglas apparaissant sur le revete- ment étant donné que de telles plaques sont relativement conductrices. Néanmoins, le principal avantage du procédé selon loin vention tel que décrit ci-dessus consiste. en ce qu'il peut avantageusement être mis en oeuvre à titre préventif en vue de prévenir la formation éventuelle de plaques de verglas lorsqu'il sera estimé que les conditions dtapparition de telles plaques de verglas sont réunies. On sait en effet que l'apparition d'un verglas dépend essentiellement du degré hygrométrique de l'air, de la température extérieure, de la vitesse et de la direction du vent. On peut dire par exemple que les conditions "idéales" d'apparition du verglas sont réunies lorsque le degré hygrométrique de l'air est d'environ 90 %, la température très légèrement supérieure à Oo C et les vents orientés sur secteur nord. Lorsque de telles conditions sont détectées, la mise en oeuvre titre préventif, du procédé de l'invention permettra de prévenir efficacement la formation éventuelle du verglas. Rn effet, la dissipation par effet Joule do 11 énergie véhiculée par l'onde E steffectue dans une zone humide dtépaisseur donnée à partir de la surface du revêtement. En dAautres termes, la dissipation d'énergie peut ne pas entre uniquement limitée à une faible épaisseur d'eau ou de glace mais peut aussi échauffer la couche inférieure d'un brouillard givrant de façon à empocher la précipitation sous forme de glace de cette couche.Il suffit alors d'assurer par un chauffage local suffisant la maintenanco de ltétat de surfusion de la zone humide située immédiatement audessus de la surface du revetement. Pour assurer la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, loin vention vise également une installation de protection caractéri se en ce qutelle comporte au moins une source de micro-onde qui est disposée au voisinage de l'un des bords du revêtement de la partie de voie et qui est conçue de façon que les lignes de champ magnétique de l'onde émise soient contenues dans un plan voisin de la surface du revêtemont ou confondu avec cette dernière. Avec une telle disposition, l'énergie fournie par la source qui est absorbée à raison de 20 vp par pertes dans le-diélecque constitué par le revêtement relativement isolant de la voie et de 80 ffi par effet Joule dans la zone humide peut dans certains cas varier sensiblement suivant que le revêtement de la partie de voie est sec ou humide ; il on résulte que lténergie dissipée et donc la consommation de l'installation peuvent être réduites lorsque la voie est sèche ce qui limite notablement la dépense d'une utilisation préventive de cette installation. Selon une disposition particulière, la source de micro-onde se compose d'un générateur, tel qu'un magnétron, fonctionnant dans la gamme du GHz et couplé à une cavité cyZindrique accordée de manière à exciter dans cette dernière un mode de résonance de type H111, ladite cavité étant pourvue d'au moins un petit orifice radial débouchant au voisinage de la surface du revêtement de la voie. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre et qui se réfère aux dessins ci-annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels La loin, 1 est une vue shématique en perspective cavalière d'une installation de protection contre le verglas selon l'inven- tien, La Fig; 2 est une vue en élévation de l'une des sources de micro-onde utilisées dans l'installation de la Fig. 1, La Fig. 3 est une vue schématique illustrant la configuration des champs magnétique et électrique dans la cavité résonnante de la source de la Fig. 2 et, La Fig. 4 est une vue partielle illustrant la configuration des lignes de champ magnétique au droit de l'orifice prévu dans la cavité de la source de la Fig. 2. Sur la Fig. 1, la référence 10 désigne une installation destinée à la protection d'une partie de voie 12 tel qu'un passage routier ou une piste d'attetrissage contre le verglas. L'installation 10 se compose essentiellement d'une pluralité de sources de micro-onde 14 alimentées en énergie électrique par un câble électrique commun 16 relié à une-source de tension convenable (non représentée), Les sources 14 sont disposées avec un écartement entre elles déterminé de l'ordre de 1 m par exemple, au voisinage de l'un des bords latéraux 18 du revêtement 19 de la partie de voie 12.Les sources 14 sont avantageusement du mê- me type et sont conçues chacune, pour des raisons qui appara- tront plus loin, de façon que le vecteur champ magnétique H de la micro-onde émise par cette source présente une composante située dans le plan de la surface supérieure 21 du revêtement 19. Dans une realisation préférée décrite ci-dessous, les vecteurs champ magné tique H des micro-ondes émises sont tout entier contenus dans le plan de la surface 21. Selon cette disposition préférée, chaque source de microonde 14 se compose, comme représenté plus précisément à la Fig. 2 S d'un générateur d'excitation 20, fonctionnant dans la gamme du GHz (10 9liz) et, de préférence, avec une fréquence de 2450 SiHz, et d'une cavité accordée 22 convenablenient coupléo à ce générateur 20. Le générateur 20 peut ôtro constitué d'un magnétron do type classique fonctionnant dans la gamme de fréquence déterminée avec une puissance moyenne de sortie à pleine charge égale à un 1-kw par exemple. Un tel magnétron se compose très généralement, dune façon connuo on soi, d'une bobine dc concentration à excitation malétiquc (non représentée), d'un radiateur dc refroidissement 24 et d'une antenne métallique sous ampoule 26. Il est aussi pourvu d'une boîte de connexion 28 susceptible d'être reliée au câble électrique 16 maintenu par exemple sous une tension de 5000 v. L'antenne sous ampoule 26 est introduite radialement au centre de la cavité 22 qui se présente sous la forme d'usle cavité cylindrique à base ronde dont la hauteur peut être par exemplc d'environ 10 cm et le diamètre de 9cm, pour la gamme des fréquences du magnétron envisagée. Cette cavité est pourvue d'un orifice radial de petite dimension tel qu'une petite fente 30 qui déboucle au voisinage de la surface supérieure 21 du revetement 19 de la partie de voie 12. En vue d'expliquer le fonctionnement de l'installation décrite ci-dessus, il est bon de rappeler qu'uns micro-onde est susceptible d'exciter la propagation d'unie onde E (ou onde transverse magnétique) dite onde de surface le long de la surface de séparation de deux milieux différents homogènes et isotropes à la seule condition que le vecteur champ magnétique H de cette micro-onde ait une composante dans le plan de cette surface. On sait aussi que cette onde de surface de type 13 se propage perpendiculairement à la composante de ce vecteur champ H et que son affaiblissement est exponentiel de part et d'autre de la surface de séparation des deux milieux.Lorsque les deux milieux sont re relativement peu conducteurs, l'onde de surface se dissipe peu (faibles pertes dans le diélectrique) et peut ainsi se propager loin. Par contre, si l'un des deux milieux est relativement conducteur, les champs électrique et magnétique de londe électromagnétique E entraîne une dissipation de l'énergie de cette dernière par effet Joule dans ce milieu conducteur et ainsi, un échauffement de ce dernier si sa rêsistivité est importante. Dans l'installation de l'invention, lors de la mise sous tension par 1 ' alimentation 16, le magnétron 20 excite dans la cavité 22 un mode de résonnante de type H111 d'une onde stationnaire de par la forcie de la cavité 22 et la disposition au centre dé celle-ci de l'antenne 26. La configuration de ce mode H111 est plus particulièroment représentée à la Fig. 3 dans laquelle les références 34 désignent les lignes de champ magnétique-ll et les références 36 les lignes de champ électrique E. En particulier, on remarquera que les lignes de champ magnétique au voisinage de la paroi cylindrique de la cavité 22 sont parallèles aux génératrices de cette cavité. Au droit de l'orifice 30, comme représenté plus particulièrement à la Fig. 4, les lignes de champ magnétiques présentent une déformation locale située dans le pl-an passant par l'axe de la cavité et par le centre de l'orifice 30. En d'autres termes, on-peut dire que la source 14 omet au voisinage de orifice 30, une onde électromagnétique à très haute fréquence dont les lignes de champ magnétique se trouvent dans le plan radial précité passant par ledit~orifice 30. Si l'on dispose, comme représenté, une telle source 14-de façon que le plan radial passant par l'orifice 30 coïncide sensiblement avec le plan de la surface 21 du revetement 19 , on se trouve dans les conditions, mentionnées plus haut, d'excitation d'une onde E transverse magnétique dite onde de surface le long de cette surface 21 séparant l'atmosphère (premier diélectrique) du revêtement 19 (deuxième diélectrique). Cette onde se propage alors, avec le type de source 14 envisagé, dans un angle d'en- > viron 180 de la surface 21 du revêtement. On peut faire romarquer à ce sujet qu'il est possible de réduire- l'angle de rayonnement en pratiquant d'autres orifices tels que 30 le long de la génératrice de la cavité 22 passant par ce dernier. Lorsque le revêtement est sec, l'affaiblissement de l'onde, du aux seules pertes dans le diélectrique, est faible de sorte que l'onde se propage loin. De plus, la puissance consommée par le magnétron dans ces conditions peut être dans certains cas inférieure à la puissance nominale de ce magnétron. S'il apparaît une zone humide, telle qu'une flaque dreau, sur la surface 21 du revêtement 19,1'énergie de l'onde E, pour les raisons exposées plus haut se dissipe par effet Joule dans ce milieu qui, humide, est relativement conducteur. Une telle dissipation se traduit par un échauffement dans la masse de la zone humide qui peut être maintenue ainsi à l'état liquide (sur -fusion) alors que les conditions ambiantes auraient favorisé la la précipitation de cette zone et le gel do l'eau ainsi for mée. Pour atteindre ce résultat, pour une installation destinée à la protection d'une voie de 10 m de large, la puissance consommée du magnétron sera de tordre de 1 kw.Avec une répartition linéaire maximale d'un magnétron par mètre de voie, l'énergie consommée pour assurer une protection efficace contre le 2 verglas sera au maximum de l'ordre de 100 w par m . Avec une installation classique à fils résistants noyés dans le revêtement, 2 il faut compter une dépense d'énergie d'environ 250 w par m de voie soit 2,5 fois plus. Dans une variante (non représentée) de l'installation de protection contre le verglas décrite ci-dessus, on noie dans le revêtement à une faible distance ( à 5 cm par exemple) de la surface ct parallèlement à cette dernière une nappe de conducteurs métalliques s'étendant généralement transversalement à l'axe de la voie. Ces conducteurs pourront avantageusement se présenter sous la forme d'un trssillis métallique à mailles carres ou héxa- gonflas relativement fines (5cm par exemplo). Selon cette variante, la source d'émission de la micro-onde 14 est dispoée de façon que sol orifice 30 débouche au voisinage du plan de la nappe des conducteurs métalliques. Le fonctionnement de la variante proposée ci-dessus est > suivant : l'émission par la source 14 d'uno micro-onde dont le vecteur champ magnétique est situé pratiquement dans le plan de la nappe des conducteurs métalliques noyés dans le revetement bitumineux jouant le role de diélectrique, excite la propagation le long de ces conducteurs d'une onde E (transverse magnétique) dite onde de Goubau. Cette onde se propage relativement loin étant donné que son affaiblissement, dû aux pertes dans le diélectrique, est faible. Lors do la présence d'une zone humide donc relativement conductrice au dessus de la surface du revetemont, une onde E cxcitée par l'onde précédente se propage dans le guide d'ondes à fa- ces parallèles que constitue d'une part la nappe des fils conducteurs et d'autre part la zone humide relativement conductrice. Compte tenu de la résistivité de ce deuxième conducteur, lténer- gie de l'onde se dissipe par effet Joule dans ce dernier et prévient ainsi la formation de verglas par précipitation et çl de cette zone. Il est bien entendu que L'illvention n' est pas limitée au lno- de de réalisation décrit et représenté et que do nombreuses mo- difications cuvent y être apportées sans sortir du cadrc de la présente invention. REVENDICATIONS 1) Procédé de protection d'une partie de voie telle qu'un passage routier contre le verglas caractérisé en ce que l'on excite la propagation au voisinage de la surface supérieure du revêtement de la voie d'une onde de type E dite transverse ma- gnétique à très haute fréquence, la présence d'un milieu relativeinent conducteur tel qu'une zone humide au-dessus de la surfacé du revêtement entralnant une dissipation importante, par effet Joule, dans cette zone de l'énergie de ladite onde E. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on émet au voisinage de la surface supérieure du revête- ment de la voie une micro-onde dont le vecteur champ magnétique H présente une composante parallèle au plan de cotte surface de façon à exciter la propagation le long de cette dernière de L'onde E. 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'en noie dans le revôtement, a' une faible distance de la surface et parallèlement à cetto dernière, une série de conducteurs métalliques s'étendant transversalement par rapport à l'axe de la voie et en ce que l'on emet la micro-onde au voisinage dos extrémités transversales desdits conducteurs. 4) Installation pour la mise en oeuvre- du procédé selon l'une des revendicationn 2 et 3, caractérisée en ce quelle comporte au moins une source de micro-onde qui est diposée au voisinage de l'un des bords du revêtement de la partie de voie et qui est conçue de façon que les lignes de champ magnétique de l'onde émise soient contenues dans un plan voisin de la surface du revêtement ou confondue avec cette dernière. 5) Installation selon la revendication 4, caractérisé en ce que la source de micro-onde se compose d'un générateur fone- tisonnant dans la gamme du GHz ct couplé à une cavité cylindrique de manière à exciter dans cette dernière un mode do résennance de type HIII et en ce que ladite cavité est pourvue d'au moins un petit orifice radial débouchant au voisinage dc la surface du rovotement. 6) Installation selon la revendication 5, caractérise en ce que le générateur est constitué par un magnétron dont l'an tee émettrice est introduite radialement au centre de la cavité to.