Brevet FR2289020A1 — publié le 19760521

La présente invention conoerne un dispositif permettant de simuler et d'étudier sur des maquettes les effets de l'ensoleillement. Dans des dispositifs connus de ce genre la source de lumiére est arti ficielle, donc les rayons lumineux ne sont jamais aussi homogénes et para llêles que ceux du soleil et ainsi l'effet rendu sera moins exact que celui obtenu lorsque l'on utilise le soleil lui-même ; dans des dispositifs utilisant la lumiére solaire,un cadran solaire solidaire de la maquette permet d'orienter celle-ci pour obtenir ltheure et la date désirées.Ce dispositif présente l'inconvénient-de nécessiter un cadran solaire spécial pour chaque-latitude simulée 5 de plus il est trés difficile de simuler une variation continue de l'un quelconque des trois paramétres qui déterminent l'ensoleillement, à savoir t l'heure solaire H, la date de l'année définie par la déclinaison du soleil D, la latitude simulée L. Enfin le mouvement apparent du soleil pendant l'expérience de simulation nécessite des réajus teints fréquents et malcommodes. L'invention permet d'éviter ces inconvénients : la source de lumière est le soleil lui-meme ; le support articulé de la maquette permet d'éliminer facilement le mouvement apparent du soleil pendant l'expérience de simulation t enfin on peut simuler soit un ensoleillemont-dont les trois paramétres sont fixes, soit un ensoleillement dont deux paramétres sont fixes et dont le troisiéme est variable, ces trois paramètres étant indépendants de ceux qui définissent l'ensoleillement vrai au lieu et au moment de l-1ex- périenoe de simalation, Le dispositif objet de l'invention tel qu'il est représenté en figure 1 est formé d'un horizon plan artificiel 1 de centre 0 sur lequel on peut fixer la maquette à étudier (non représentée ioi). Cet horizon peut pivoter autour d'un axe de rotation aa monté dans un cadre 2 ; la perpendiculaire à la direction aa passant par 0 définit le méridien en O de l'hori- zon artificiel, soit NS. Le cadre 2 peut lui-même tourner autour de l'axe bb perpendiculaire à l'axe aa et monté sur un cadre 3.Ce dernier est relié au support de l'appareil 4 posé sur le sol par l'intermédiaire d'une monture qui permettra dtannuler les mouvements apparents du soleil. Selon la réalisation de l'invention montrée en figure l,-cette monture est une monture azimutale c'est à dire qu'elle posséde un axe de rotation horizontal et un axe de rotation vertical s ainsi le cadre 3 peut tourner autour de l'axe horizontal Oc solidaire d'un cadre vertical 5 qui peut luimême pivoter autour de l'axe vertical dd monté dans le support 4. Ce dernier posséde un moyen tel que par exemple les trois vis 6 permettant de rendre facilement vertical l'axe dd dans les cas où le sol où est posé le support 4 njest pas parfaitement horizontal. Tous les axes peuvent soit tourner librement dans leurs supports, soit peuvent être bloques dans une position donnée par un moyen mécanique connu. La figure 2 représente le plan perpendiculaire en O à l'horizon 1 lorsque les axes aa et cc sont perpendiculaires au plan aimutal du soleil A. L'angle entre l'horizon 1 et l'axe bb est repéré sur le cadran 7 par l'aiguille 9 ; on peut lui donner la valeur de la latitude à simuler L. De même par une rotation adéquate du cadre 3 autour de l'axe cc on peut donner à l'angle entre le plan EE perpendiculaire en O à l'axe bb et les rayons du soleil la valeur de la déclinaison du soleil à simuler D. Ces deux conditions étant réalisées, l'axe bb est alors l'axe du monde simulé pour }'horizon I et une rotation de ce dernier et du cadre 2 autour de l'axe bb simule une variation de l'heure solaire H, repérée sur le cadran 8 par l'aiguille 10.Le mouvement apparent du soleil est annulé en gardant constawment l'aie co perpendiculaire au plan azimutal du soleil et en rendant toujours égal à la déclinaison simulée l'angle entre- les rayons solaires et un plan perpendiculaire à l'axe bb, ces deux conditions étant obtenues par des rotations adéquates de l'axe bb autour des axes cc et dd. Un moyen permettant de s'assurer que ces conditions sont bien vérifiées peut être le suivant, représenté en figure 3 : un disque opaque 11 d'axe ee orthogonal à l'axe cc, porte en son centre un dispositif optique convergent 12), d'axe optique ee. Le disque 11 est relié- par un montant 13 à un cadran cylindrique 14 d'axe ff parallèle à l'are cc et passant par le centre optique du dispositif 12 ;; l'intersection du plan contenant l'axe ee et perpendiculaire à l'axe cc avec le cadran 14 est matérialisée par une ligne 15 t l'intersection de l'axe ee avec la ligne 15 est matérialisée par une cible 16. le montant 13 peut tourner autour d'un axe hh paralléle à l'axe Oc dans un support 17 solidaire du cadre 3 ; l'angle dont l'axe ee a tourné par rapport b sa position orthogonale à lraxe bb est repéré sur le cadran 18 par l'aiguille 19 t cet angle représente la valeur de la déclinaison simulée D lorsque l'on fait pivoter le cadre 3 autour de l'axe Oc et le cadre 5 autour de l'axe dd de façon à ce que l'image du soleil; formée par le dispositif optique 12 tombe toujours au centre de la cible 16. En gardant constamment cette coincidence on réalise une simulation d'ensoleillement à déclinaison constantes c'est à dire à date constante, et on annule le mouvement apparent du soleil pendant la simulation. De même en faisant tomber l'image du soleil sur la ligne 15 qui porte des graduations représentant des déclinaisons simulées, on peut réaliser un ensoleillement à déclinaison variable, donc à date variable. L'orientation des cadres 3 et 5 peut être effectuée soit manuellement par l'opérateur, soit automatiquement au moyen d'un dispositif connu. Un tel dispositif, utilisé pour la commande d'héliostats, peut consister -en deux paires d'éléments sensibles à la lumière ou à la chaleur crée par l'image du soleil, situées de part et d'autre de la cible 16 ; lorsque l'image du soleil ne tombe plus au centre de la cible elle touche- l'un ou- l'autre des éléments sensibles (par exemple une cellule photo-électrique) qui par des moyens connus mettra en route soit un moteur agissant sur le cadre 3, soit un moteur agissant sur le cadre 5, de façon à ce que l'image du soleil retombe au centre de la cible0 Selon une autre réalisation de l'invention, représentée en figure 4, le cadre 3 décrit en figure 1 est relié au nouveau support du dispositif 4' par une monture équatoriale : comme on le voit en figure 4-l'ate cc est toujours perpendiculaire à l'axe dd mais oe dernier est situé dans le plan méridien du lieu où se fait l'expérience de simulation et il forme- avec le plan horizontal vrai ini angle égal à la latitude L' du lieu d'expérimenta- - tion. Cet angle se règle en faisant pivoter l'axe dd autour de l'axe gg de direction Est-Ouest et horizontal, monté sur le support 4'. La valeur de la latitude L'- est repérée sur le cadran 20 par l'aiguille 19 l'axe gg une fois que l'o- rientation de l'axe dd est correcte. La figure 5-représente le plan perpendiculaire en O au plateau 1 lorsque les axes cc aa sont perpendioulaires au plan horaire du soleil. L'an- gle que fait l'axe bb avec l'axe dd est repéré sur le cadran 21 par l'aiguille 22 de la figure 4 t on peut lui donner la valeur D' - D, D' étant la aéolinaison vraie et P celle simulée . L'angle entre le plan 1 et l'axe-- bb que l'on voit apparaitre en figure 5 et qui est repéré en figure 4 par le cadran 7 7 et l'aiguille ≈, peut être réglé à la valeur de la latitude à simuler, soit L.De cette façon, l'axe bb sera l'axe du monde simulé pour 5 l'horizon artificiel 1 et une rotation de ce dernier et du cadre 2 autour de l'axe bb simulera une variation de l'heure solaire H, repérée par le cadran 8 et l'aiguille 10 de la figure 4. le mouvement apparent du soleil pendant l'expérience de simulation est annulé en gardant constamment l'axe cc perpendiculaire au plan horaire du soleil ;; parmi les moyens qui permettent de vérifier cette perpendicularité on peut citer celui représenté en figure 4 t une aiguille droite 23, orthogonale à la fois aux axes cc et bb, projette son ombre sur un plan lié au cadre 3, qui lui est perpendiculaire et sur lequel on a tracé la droite 24, passant par le pied de l'ai- guille 23 et parallèle à l'axe bb t lorsque l'on fait pivoter le cadre 5 autour de l'aie dd et que l'on amène l'ombre de l'aiguille 23 en correspondance avec la droite 24, l'aie cc est bien perpendiculaire au plan horaire du soleil. I1 le restera constamment si l'on anime le cadra 5 d'un mouvement de rotation autour de l'axe dd à la vitesse uniforme de un tour en 24 heures.Ce mouvement peut être obtenu manuellement par l'opérateur, ou automatiquement à l'aide d'un moteur à vitesse de rotation constante entrainant le cadre 5 par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse adéquat Enfin l'aiguille 23 sert à régler l'angle entre les aies bb et dd sans avoir besoin de connattre la déclinaison vraie du soleil D', le jour de l'expérience de simulation.Pour cela, le cadran 21 est monté sur le cadre 5 de façon à ce qu'il puisse, soit être bloqué dans ce cadre par un moyen mécanique connu non représenté iciS soit tourner par rapport au cadre 5 autour de l'axe Oc. Dans un premier temps on simule une déclinaison solaire D nulle en orientant les cadres 3 et 5 autour des. aies bb et dd de façon à ce que la tige 23 soit dirigée vers le soleil, c'est à dire de façon à ce que son ombre disparaisse.Si le zéro de la graduation du cadran 21 est amené en face de l'aiguille 22, puis si l'on solidarise à nouveau le cadran 21 avec le cadre 5, lorsque le cadre 3 tournera autour de l'axe ce, l'aiguille 22 indiquera directement sur le cadran. 21 la valeur de la déclinaison solaire simulée D. Le dispositif objet de l'invention, peut Entre utilisé dans tous les cas où lton a besoin de simuler l'ensoleillement d'une façon simple, rapide et précise, aussi bien pour visualiser les effets esthétiques de l'ombre et de la lumière solaire sur une maquette, que pour connattre sans calculs les différents paramètres physiques de l'ensoleillement dans des conditions qui peuvent être quelconques t de par sa constrùotion il permet de visualiser facilement et rapidement lteffet d'une variationi. d'un des - trois paramètres d'ensoleillement (latitude, heure solaire, date de l'année) lorsque les deux autres sont fixes. Il est donc particulièrement utile en architecture, en urbanisme et. en hèlioteohuique. RGVENDICATIONS I - Dispositif destiné à simuler sur une maquette, au moyen de la lumière solaire, un ensoleillement dont les trois paramètres qui le définissent, à savoir latitude, heure solaire, date de l'année,- peuvent etre quelconques et indépendants de ceux de l'ensoleillement lors de l'expé- rience de simulation, et permettant une simulation soit à trois paramètres d'ensoleillement fixes, soit à deux paramètres fixes et un paramétre variable, caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen permettant de fixer ou de faire varier chaque paramètre d'ensoleillement indépendamment des autres et un moyen permettant d'annuler- le mouvement apparent du soleil pendant l'expérience de simulation. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen permettant de fixer chacun des deux paramètres d'ensoleillement, latitude et heure solaire, indépendamment des autres, consiste à monter la maquette sur une suspension & deux axes de rotation perpendiculaires entre eu, la rotation de la maquette autour de l'un et de l'autre de ces axes déterminant la latitude et l'heure solaire simulées. 3 - Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que le moyen d'annuler le mouvement apparent du soleil tout en déterminant la date de l'année indépendamment ces autres paramètres d'enso leillement est une monture asi-utate reliant au sol - la suspension faisant l'objet de la revendication 2, monture dont l'axe horizontal est orthogonal & l'axe servant & simuler l'heure solaire. 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le moyen permettant de s'assurer que le mouvement apparent du soleil est bien annulé et que la date simulée est bien celle qu l'on désire, consiste à vérifier que l'image du soleil formée par un dispositif optique convergent approprié tombe soit au centre d'une cible dont la position réglable détermine la date constante simulée, soit sur une ligne dans le cas où la date simulée est variable, le dispositif optique et la cible étant solidaires de la partie de lamonture azimutale pouvant tourner autour de l'aie horizontal de cette monture. 5 - Dispositif suivant les revendications 3 et 4 caractérisé par le fait que l'annulation du mouvement apparent du soleil par rotation de la monture azimutale autour de ses deux aies, de façon à faire coïncider l'image du soleil avec le centre de la cible, se fait soit manuellement, soit de façon automatique grace à deux moteurs entrainant chacun la mon turo azimutale autour d'un de ses axes, ces deux moteurs étant commandés chacun par une paire d'éléments sensibles à l'énergie lumineuse ou calo rifique de l'image du soleil, disposée de par et d'autre de la cible. 6 - Dispositif suivant les revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que le moyen d'annuler le mouvement apparent du soleil tout en déterminant la date de l'année indépendamment des autres paramétres d'ensoleillement est une monture équatoriale reliant au sol la suspension faisant l'objet de la revendication 2, la rotation de la monture autour de son axe horaire permettant d'annuler le mouvement apparent du soleil. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le moyen permettant de s'assurer que le mouvement apparent du soleil est bien annulé consiste à vérifier que l'ombre d'une aiguille se superpose à-une ligne droite, l'aiguille et la ligne droite étant solidaires de la partie de la monture équatoriale pouvant tourner autour de l'axe de déclinaison de cette monture. 8 - Dispositif suivant les revendications 6 et 7, caractérisé par le fait que l'annulation du mouvement apparent du soleil par la rotation de la monture équatoriale autour de son axe horaire de façon à faire con- cider l'ombre de l'aiguille avec la droite sè fait soit manuellement, soit automatiquement à l'aide d'un moteur et d'un réducteur de vitesse entrainant l'axe horaire de la monture à la vitesse de rotation uniforme de un tour en 24 heares. 9 - Dispositif selon les revendications 6 et 7, caractérisé par le fait que la déclinaison solaire simulée est lue directement sur un cadran une fois que l'on a effectué le réglage préliminaire consistant à mettre le zéro du cadran en regard avec l'aiguille de lecture, l'appareil étant orienté de façon à ce que l'aiguille faisant l'objet de la revendication 7 soit dirigée vers le soleil, ce qui est le cas lorsque son ombre disparais,