Brevet FR2349011A1 — publié le 19771118

La présente invention considere et concerne la construction de tout organe superficiel dont la forme est déterminée , en premier lieu , par la considération de rapports ou propriétés géométriques (par exemple :réception captage , émission , réflexion , déflexion , déviation , orientation , diffusion concentration , focalisation , absorption , filtrage , discrimination , sélection ...etc ) quelque soit la fonction et quelque soit la nature et(ou) la gamme de longueur d'ondes du phénomène pris en compte On connait les inconvénients inhérents aux dispositifs existants construits selon les méthodes classiques .Ils subissent pour des raisons géométriques des variations du rapport surface/volume tres défavorables dans les changements d'échelle positifs L'aspect économique de cette particularité se traduit par une augmentation des coûts relatifs , tendant a limiter soit la taille des appareils, soit leur champ d'application compétitif , dans le cas où existe une alternative avec d'autres types d'équipements.(ex : énergie solaire , énergies classiques ). La pénalisation entrainée par la croissance défavorable du rapport surface utile/volume-poids de la structure apparait a tous les stades de la réalisation : fabrication , transport , compétence et nombre des intervenants, durée du montage in situ , etc... En résumé , il apparait , du point de vue du constructeur , que le poids relatif est l'élément qui stabilise actuellement les seuils d'application , de rationalité , et de compétitivité des systemes existants , de même que la taille des réalisations La présente invention a pour but principal ( mais non exclusif ) de modifier la croissance défavorable du rapport surface utile/volume ,poids, lors des changements d'échelle positifs des appareils considérés . D'apporter une alternative technologique de structure , modifiant les contraintes d'échelles , de réalisation et de coneeption des modeles et projets tant existants que théoriques . Un autre objectif de l'invention , indépendant des considérations d'échelle , est la légereté relative du système ; permettant d'envisager des applications dans des domaines où cette caractèristique est recherchée .( Astronautique par exemple ). Un autre objectif de l'invention , est de faciliter le transport in situ des éléments de construction ( allègement des poids , volumes , contraintes de conditionnement , etc...). Un autre objectif de l'invention , est de rendre éventuellement démontables et amovibles des installations meme de grande taille, les parties d'ouvrages inamovibles (fondations) alors"perdues" étant réduites . Par ailleurs, le principe constructif permet d'envisager des appareils (capteurs , antennes , etc...) se déployant automatiquement sans intervention humaine in situ ( astronautique , océanographie ...). Un autre objectif de l'invention , est de permettre la fabrication industrielle d'éléments modulaires permettant , outre les avantages normaux de cette pratique , une souplesse d'utilisation et de conception à partir d'éléments standards Un autre objectif de l'invention , est de permettre , si nécessaire la réalisation d'équipements aussi bien fixes que mobiles ( par exemple : en héliotechnique , inclinaison variable d'un miroir concentrateur , permettant dans le courant de l'année , de suivre les variations de hauteur du soleil, P 1.2 - fig. 8 exemple ). Un autre objectif de l'invention , est de permettre la réalisation de surfaces à géométrie variable .( par exemple : modification de l'ouverture angulaire d'un capteur ou d'un émetteur cylindre parabolique , permettant de contrôler les paramètres locaux . Passage d'une surface plane à une surface connexe ou concave . Gauchissement d'une surface donnée , etc... exemples P 1.2 - fig. 6-et 7 ). En outre , l'invention , en baissant les prix de revient , doit permettre ( à partir de nouvelles données pour les calculs de rentabilité et d'amortissement ) , d'envisager des appareils ayant : soit des périodes de vie plus courte , soit des performances géométriques inférieures à celles des équipements de ce genre existants L'invention comprend : 1 / une superstructure , composée d'éléments tendus ( fig. 1, A)susceptible de constituer simultanément l'armature morphologique et le support de la surface à réaliser (matrice). 2 / éventuellement , un réseau d'éléments linéaires fléchis (flexion dynamique ou statique ) , susceptible de constituer simultanément les génératrices curvilignes de la surface à réaliser (matrice) et la liaison entre la superstructure et ltelément superficiel ( R ). 3 / la surface utile dans sa forme opératoire ( matrice ) constituée si nécessaire et si possible d'éléments modulaires insérés sur le réseau 20/ ( C et P 1.5 exemple ) Description systématique des phases citées 10/ La superstructure tendue peut être constituée I/a. d'éléments linéaires (par éléments linéaires nous désignons tout matériau susceptible de répondre aux spécifications de mise en oeuvre : fils tiges , barres , profilés , tubes , chaînes , câbles , bandes , etc... , de quelque matière que ce soit ) simples I/b. d'éléments linéaires composés : poutres rectilignes , connexes concaves , planes (fig.1) ou prismatiques (fig. 9) ( section perpendiculaire triangulaire , etc...). I/c. d'éléments linéaires composés formant un tissu spatial à mailles tridimentionnelles polyédriques ou prismatiques ( fig. 10 exemple ). I/a'. d'éléments superficiels ( par éléments superficiels nous entendons : feuilles , plaques , tissages , etc... , de quelque matière que ce soit, susceptibles de répondre aux spécifications de mise en oeuvre .) simples -c'est-à-dire contenus dans un plan droit ou gauche ( fig. il ) I/b'. d'éléments superficiels composés : poutres prismatiques de profils et de sections variés (fig. il ) I/c'. d'éléments superficiels composes formant un tissu spatial tridimentionnel à mailles polyédriques ou prismatiques ( par exemple : " nids d'abeilles" , alvéolaire , etc... ; fig. 12 ). 20/ La structure intermédiaire éventuellement fléchie ( flexion dynamique ou statique , B. sur les figures ). tes fonctions éventuelles de cette nappe sont principalement a/ Passage de la matrice primaire ébauchée par la structure tendue ( phase I ) , épannelée et prismatique , à une matrice à sections curvilignes. b/ Stabilisation de la géométrie de la matrice ( fonction de raidissement , contreventement ). c/ Création d'un réseau d'insertion ( des éléments constitutifs de la matrice "utile" , phase 3 ) à mailles constantes , permettant la fixation de modules ( éventuéllement standards ). Elle est constituéede tout élément linéaire ( tige , tube , profilé câble , etc... ) ou longiligne ( bande , méplat , lame , etc...) composé de toute matière compatible avec les spécifications de mise en oeuvre Elle peut être composée : d'une ou plusieurs nappes d'éléments paralléles superposés dans le même plan et susceptibles d'y réaliser une trame ( uni , bi , tri.. directionnelle ) à mailles polygonales ; ou éléments appartenant à des nappes inscrites dans des plans distincts attribuant à cette phase une structure spatiale (bi ou tridimentionnelle ) 30/ ta matrice : est désignée par ce terme , la topologie géométrique de la surface "utile" . (Plan droit / Dièdre , trièdre , etc.. procédant de la composition d'éléments plans / A un axe de courbure : cylindrique , parabolique , hyperbolique , ellipsoidale , etc.../ A plusieurs axes de courbure surfaces gauches règlées ou non , paraboloide hyperbolique par exemple / Surfaces de révolution ( ou partie de ) , sphériques , ellipsoidales , paraboloides , hyperboloides etc.../ et toute autre surface d'un degré supérieur , C. sur les figures ). "Elle est constituée de tous matériaux ( simples ou composés ) ou montage , rassemblant les caractèristiques de résistance des matériaux et les propriétés physiques requises pour assurer la stabilité structurale de l'ensemble et son fonctionnement ( métal s verre , plastique , textile , etc... Mis en oeuvre sous forme de : feuille , plaque , "déployé" , lames , nappes d'aiguilles , tubes , alvéoles , "nids d'abeilles" , tissage , etc... Employés seuls ou assemblés , par exemple : métal ou verre plastifié plastique ou verre métallisé , armature , plaquage , "sandwiches" , enduction , peinture , etc..). OSes caractèristiques de mise en oeuvre sur la structure sous-jacente ( phase I ou 2 , selon le cas ) peuvent varier en fonction de facteurs tels que : Echelle , transport , prix , poids , matériaux , mode de fabrication etc... Il convient d'établir ici une distinction systématique entre Ai Les matrices composées d'une matière souple ( textile , plastique tissage , etc...) , et celles composées par une matière rigide ( métal , verre, plastique , etc...). B/ Les matrices constituées d'un élément superficiel , et celles composées d'un montage d'éléments , polymorphes , modulaires ou standards ( C et P 1.5 exemple ) Cette dernière éventualité nécessite dans certains cas ltétude d'un dispositif de connexion des éléments en question entre eux ( voir exemple P1.5) et permet si nécessaire la création d'une nouvelle phase d'approche de la matrice géométrique ( exemple : réglage du pouvoir concentrateur de chaque élément par mise sous contrainte du "miroir" sur son cadre . sur le dessin P1.5) Cette analyse de la structure-type n'est pas restrictive .Le recours aux aux trois phases du modèle n'étant pas nécessaire dans tous les cas , par exemple - la morphologie de la matrice peut être telle ( plan droit , polyèdre, etc... ) que le caractère curviligne des éléments 20i est sans intérêt ( fig.2) l'insertion des éléments 30/ se faisant directement sur 10/ - l'élément tendu 10/ est susceptible d'engendrer des génératrices courbes ( exemple : il est constitué d'un matériau plan , textile , feuille plastique , etc.. , dont les bords peuvent avoir une découpe curviligne(fig.3). - l'échelle et le procédé de fabrication peuvent etre tels que la courbure de la matrice-est réalisée directement sur les éléments de la phase 30/ ( par contrainte sur armature ,-estampage , moulage , emboutissage , cintrage , formage , effet de bilame , etc... ) - la phase 3 peut se confondre dans sa description avec la phase 2 ou 1, dans les cas où , par exemple , elle possède une texture maillée ( filtre grillage , réseau , lames , tubes , fils , bandes , etc...). Par ailleurs , l'étude et la description , d'une part des dispositifs permettant la mise en place et l'insertion des éléments 10/ ( pour mémoire mats , bielles , haubans , leviers , vérins , murs , portiques , arcs , arceaux, cintres , couronnes , bras , etc...) Et d'autre part l'étude et la description des connecteurs dans la structure ( entre éléments d'une même phase et entre phases : mordaches , anneaux , brides , mors , noeuds , collages , attraction magnétique,vis , mous- queton , attache , pinces , clips , crochets , boutonnière , etc.. ) , n'entrent pas dans l'objet du présent exposé , les dispositifs existants dans ce domaine répondant parfaitement aux besoins de mise en oeuvre de l'invention Les caractèristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la description d'une application exemplaire mais non-exclusive tonnée à titre indicatif mais non limitatif Soit un paraboloide de concentration pour l'énergie solaire (P1 6) - Phase 1 : poutraison d'éléments plans ciblés (A) , tendus entre le sol et une série de bielles sur rotules - Phase 2 : réseau simple d'éléments tubulaires (B) connectés avec le profil parabolique des poutres créant un réseau matriciel de sens per pendiculaire à l'axe tendu des poutres et curviligne Observation : le plan ainsi obtenu peut être raidi par des contreven tements dans le réseau des poutres ( Triangulation joignant les poutres entre elles par exemple , ou par l'adjonction d'éléments tubulaires sécants dans le réseau de phase 2 (B) ). - Phase 3 : la matrice est constituée d'éléments modulaires standards composés d'une surface réfléchissante ( C et P1 5 exemple ) choisie en fonction de ses caractèristiques ( propriété optiques , pouvoir de réflexion , d'absorption , etc.. dans la gamme de longueurs d'ondes prix , propriétés mécaniques , poids , etc...). Ce peut être , pour ce type de montage : du verre métallisé sur une face , un métal poli protégé ( aluminium , anodisé , plastifié , ...) un plastique , simple plaqué ou métallisé , etc... La solidarisation de la surface (C)avec le réseau de la hase 2 se fait ici par l'intermédiaire d'un cadre 2) muni a/ d'un dispositif e fixation et de mise sous contrainte de la surface (C), b/ d'un dispositif d'insertion sur les tubes de la phase 2 (F) assorti éventuellement d'un verrouillage de sécurité d'un système de liaison par languette entre cadre (G) , d'un dispositif d'isolation électrique de la matrice ( plots H) , si nécessaire d'une prise de terre. Observation : les éléments de matrice (C) sont munis d'un dispositif de recouvrement et de joint permettant si nécessaire : Le jeu des éléments l'un sur l'autre ( dilatation thermique ,matrice non développable ,effets du vent, etc..) Une étanchéité relative . Un contrôle des ruissellements .Une isolation électrique entre éléments .Ces préoccupations étant distinctes de la fonction initiale du capteur sont citées pour mémoire L'exemple choisi ne présente que la solution d'un cas d'espèce et une application du système général objet de l'invention Le dispositif , objet de l'invention , peut être utilise dans tous les cas où un appareil , montage , ensemble , machine , etc.. , comprend un organe superficiel dont les propriétés sont essentiellement liées à la morphologie - A priori , cet organe ne doit pas avoir de rôle mécanique entrainant une surcharge ( la stabilisation dimentionnelle de la matrice sous surcharge augmentant rapidement les prix de revient). - A priori , le seuil de compétitivité économique avec les techniques classiques t hors les hypothèses de fabrication industrielle ) est situé dans les grandes dimensions Ces données étant des caractèristiques et non des limites ne situent pas d'incapacités ( de résistance , d'échelle , etc... ) du système , mais des paramètres , dont il est à priori difficile de rendre compatibles les variations favorables . ( par exemple : raidissement sous surcharge et prix de revient petites dimensions et compétitivité , etc.. Sont donc concernés par l'invention - L' héliotechnique : miroirs solaires , plans ou concentrateurs ( dièdriques , cylindriques , cylindro-paraboliques , paraboliques de révolution , coniques et autres , également fours a image ) . Capteurs solaires, par effet de serre , çellules photopiles , thermo-électriques , surfaces dentritiques , structures anti-rayonnantes , etc.. - Antennes : Radars , radio-télescopes , relais (télécommunication par exemple ) sondes , cibles-écho , etc.. - Emetteur ou récepteur dans le domaine de l'Acoustique : menbranes vibrantes , tympans , amplificateurs , récepteurs ( contrôle , sélection , modification,des niveaux de résonance , par contrôle des contraintes dans-la matrice , etc... ) REVENDICATIONS 1) Installation de toute surface ( autre que portante ou couvrante ) caractèrisée en ce qu'elle comprend une structure porteuse légère pre-tendue. 2) Dispositif selon la revendication 1 , caractèrisé en ce que les matériaux utilisés , présentant un rapport poids/taux de travail très favorable , la construction obtenue a un poids relatif ( rapport poids/surface utile et prise au vent/ surcharge climatique ) très faible 3) Dispositif selon la revendication 1 , caractèrisé en ce que la nature linéaire des matériaux constituants les éléments de structure (poutres tendues ) , la géométrie de ceux-ci est modifiable , et , par conséquence, la géométrie de la matrice également ; ceci par simple déplacement des points d'insertion ou supports des poutres , et (ou) , par modification coordonnée de la longueur d'éléments de poutres 4) Dispositif selon la revendication 3 , caractèrisé en ce que , pour les raisons invoquées à la revendication 3 , la matrice peut , sans varier de forme , changer d'orientation ou d'inclinaison .( Ce changement d'orientation ou d'inclinaison peut également s'effectuer dans les conditions classiques ctest-à-dire s 'opérer par le mouvement-d'un cadre rigide contenant la structure tendue , le principe restant intéressant par son poids relatif ) . eh 5) Dispositif selon la revendication r, caractérisée - ce que, dans le cas d'une fabrication modulaire industrielle, une gam-- me restreinte d'éléments de base (A,B,C,)possède un registre combi natoir élevé.