Brevet FR2431994A1 — publié le 19800222

L'invention vise à résoudre le problème consistant à produire dans les régions arides, où de l'eau de mer ou saumâtre peut être apportée, de l'eau douce par des moyens simples ne demandant que peu de main-d'oeuvreet etpas de qualification spéciale, avec des travaux de construction simples du type travaux publics, en utilisant lténergie solaire et excluant tous moyens de contrtle automatiques ou électroniques. Essentiellement, è cet effet, le dispositif de dessalement d'eau de mer ou saumâtre h e de d# r#nergie solaire selon l'in- vention, est caractérsé en ce qu'il comprend deux canaux adjacents ou analogues destinés à contenir l'eau de mer ou saumâtre, une structure de serre sur l'un desdits canaux pour en évaporer l'eau et une structure de condensation et recueil d'eau douce communiquant avec ladite structure de serre et principalement immergée dans l'autre canal formant source froide de condensation. De préférence, il est associé à la structure de serre une structure de concentration optique du rayonnement solaire, pouvant prendre diverses formes simples et efficaces, ainsi qu'on le verra plus loin. Il convient à la fois de piéger et pouvoir renouveler l'eau de mer ou saumatre d'au moins le canal d'évaporation et, sous une forme préférée, un dispositif de dessalement selon l'invention comportera un canal ou analogue d'alimentation en eau de mer ou saumatre en parallèle auquel sont établis les deux canaux précités, lesdits moyens de piégeage et de renouvellement étant constitues par des vannes servant à mettre chacun des canaux en communication avec ledit canal d'alimentation. On comprendra en effet que l'eau de mer ayant une teneur en sel de l'ordre de 4,5 % en poids, (densité 1,03) alors que la teneur maximale de saturation de l'eau dépasse 26 %, il est possible d'obtenir de l'eau douce par évaporation d'eau de mer sans pour cela déposer des sels, et qu'il suffit de renouveler l'eau de mer utilisée avant que sa teneur en sel dépasse la teneur critique, tandis qu'il faut cependant pouvoir maintenir dans le canal d'évaporation une température suffisante pour obtenir une pression partielle de vapeur utile, de sorte qu'avec une énergie solaire employable limitée, il ne faut pas traiter plus d'eau de mer ou saumâtre que nécessaire, ce qui amène à prévoir dans un souci de meilleur rendement un piégeage et renouvellement périodique de cette dernière. La source froide que constitue le second canal prévu cité est simplement obtenue en se servant de ltéraporation naturelle de l'eau de mer comme régulateur et du rayonnement nocturne. D'autres particularités de l'invention apparaltront également dans la description suivante de divers exemples de réalisation d'un tel dispositif de dessalement, donnés à titre indicatif et en référence au dessin annexé, dans lequel : - la figure 1 est une vue en perspective illustrative de l'implantation des deux canaux du dispositif en parallèle h un canal d'alimentation t - la figure 2 est une vue en coupe transversale des deux canaux équipés pour constituer un dispositif de dessalement selon l'invention - la figure 3 est une vue en coupe transversale d'une variante du dispositif précédent, à effet renforcé ; - la figure 4 est une vue en coupe transversale d'un panneau à prismes de concentration des rayons solaires ;; - la figure 5 est une vue en coupe transversale d'un dispositif de dessalement à structure de concentration de lténer- gie solaire faisant appel à des panneaux tels que ceux de la figure 4 ; - la figure 6 est une vue en coupe transversale d'une autre variante de réalisation d'un dispositif tel que celui de la figure 2 ; - la figure 7 est une vue en coupe transversale d'une autre variante de réalisation d'un dispositif tel que celui de la figure 3 ; - la figure 8 est une vue en coupe transversale d'une variante de la précédente ; - la figure 9 est une vue en coupe transversale d'une autre structure de concentration de l'énergie solaire ;; - la figure 10 est une vue en coupe transversale d'un dispositif de dessalement faisant appel à des structures telles que celle de la figure 9. L'implantation des canaux ou analogues d'un dispositif de dessalement représenté à la figure 1 comprend l'établissement de deux canaux 1 et 2 horizontaux reliés par des vannes ordinaires à commande manuelle la, tb, 2a, 2b à un canal 3 ou une conduite d'eau de mer ou saum#tre. Les différences de pression entre l'amont et l'aval du canal 3 permettent, en ouvrant les vannes d'amont la et lb et les vannes d'aval 2a, 2b, de faire circuler l'eau de mer dans les canaux 1 et 2. La fermeture de ces vannes permet de piéger l'eau dans les deux canaux 1 et 2 Le canal 5 est destiné à servir de source chaude ou canal d'évaporation alors que le canal 2 est destiné à servir de source froide à une structure de condensation de l'eau douce évaporée du canal 1. Comme on le voit à la figure 2, le canal 1 est formé d'une cuvette 4 dont lapartie inférieure est absorbante aux rayons du soleil (par exemple grtce à un enduit noir). La partie inférieure de la cuvette est entourée en 5 de matériaux réfractaires, tels que sable ou brique. La cuvette est fermée par une vitre transparente 6 par exemple en verre, faisant un angle avec l'horizontale calculé soit pour que la surface de la vitre soit perpendiculaire aux rayons solaires à sa hauteur zénithale moyenne (l'angle de la vitre avec le plan horizontal dépend donc de la latitude), soit pour satisfaire à d'autres conditions plus loin indiquées. Un Qur 7 qui supporte le cbté élevé de la vitre 6 est un mur réfractaire (par exemple en briques). L'ensemble jusqutà présent décrit consitue ainsi une structure de serre sur le canal I. Le mur 7 est percé de passages pour des tubulures 8 qui mettent le canal 1 en communication avec une canalisation 9 placée dans le canal 2 (au fond par exemple) et formant structure de condensation. La canalisation 9 peut conduire par gravité à un réservoir (non représenté) où l'eau douce condensée s'accumule, ou bien peut conduire à une suite de petits réservoirs échelonnés le long de sa longueur et qui peuvent par exemple autre les réservoirs à niveau constant en tette de lignes d'irrigation souterraines, comme prévu notamment dans le procédé d'irrigation .dit Bit de la Société française BERTIN. Le canal 2 est ouvert à sa partie supérieure si bien que liteau de mer qu'il contient reste à une température définie par la température ambiante et l'évaporation qu'elle engendre. La capacité de ce canal peut être définie de façon à minimiser sa température dans les conditions ambiantes rencontrées. Le mur 7 peut recevoir tout écran supplémentaire désirable pour protéger le canal 2 de l'atteinte directe des rayons du soleil. Avec une telle i#nstallation, on peut obtenir pour un canal t d'l m de largeur de 4 à 8m3 d'eau douce par jour par Km de canal. Un chiffre repère pour l'agriculture est qu'il faut 1 litre/seconde/hectare par heure d'ensoleillement pour un arro sage brutal, soit environ 2 îitres/jour/m2. Un arrosage moderne (type BIP précité par exemple) permet de n'employer que 30 % de cette quantité soit 0,6 litre/jour/m2. Le dispositif décrit permettrait donc d'irriguer de 7 à 14 m2 par m de canal. On peut aussi prévoir que le dispositif pourrait satisfaire en eau douce de 1 à 2 personnes au mètre de canal. Pour obtenir de meilleurs résultats, il est prévu de concentrer l'énergie solaire. La figure 3 montre le système de la figure 2 auquel on a ajouté un concentrateur d'énergie solaire constitué à aide de panneaux 10 en matière transparente conformés sur leur face externe (cela pourrait aussi etre la face interne ou même les deux faces) en lentille de Fresnel qui concentre l'énergie solaire dans la région de la cuvette 4. De tels panneaux peuvent titre en matière plastique, par exemple en résine méthacrylique, et obtenus par moulage, les indentations formant la lentille de Fresnel s'étendant horizontalement dans le sens de la longueur du canal 1. La pente des panneaux 10 est la même que celle des vitres 6. L'implantation sera telle que les rayons du soleil seront orthogonaux aux pan veaux tu quand le soleil sera au zénith moyen de l'année, et qu'au cours du jour ses rayons se déplaceront dans un plan orthogonal aux panneaux 10 et à la section verticale des canaux 1 et 2. De cette façon, la concentration des rayons continuera à se faire dans la région 4 du canal 1. Considérant que la distance entre 10 et 4 doit autre de l'ordre de la largeur de tO (ctest-à-dire de la distance AB), la hauteur des supports des panneaux 1-0, qui peuvent être limités à des poteaux lia, lib entretoisés par des cornières 11c d'appui des -panneaux, peut devenir importante. Le mur 7a entre les deux canaux peut alors être surélevé de sorte que son ombre portée peut protéger du soleil le canal 2. La nuit, il est préférable de dérouler ou de disposer des stores ou des bâches au-dessus des vitres 6, de façon à minimiser les pertes par radiation pour le canal 1, ce qui pourrait aussi être fait dans le cas de la figure 2. Un dispositif tel que celui de la figure 3 doit permettre d'irriguer de 70 à t40 m2 par m de canal (en supposant une largeur de canal 1 de 1 m), ou de satisfaire en eau de 10 à 20 personnes au mètre de canal. On a représenté à la figure 4 un autre dispositif de concentration d'énergie--solaire de grande capacité. Ce dispositif est constitué aussi sous forme de panneaux. Chaque panneau est formé de cellules 12 longilignes vues en section transversale à la figure 4 et dont les parois verticales 13 sont métallisdes (rendues réfléchissantes). Les rayons du soleil, quand le soleil est au zénith, entrent dans le matériau transparent de chaque cellule perpendiculairement à la face BA.La face AC est perpendiculaire à la face BA de façon à ne pas intercepter les rayons solaires dirigés sur la cellule adjacente L'angle cc de la face BA avec l'horizontale BC est choisi de telle façon que les rayons solaires 14 soient réfractés à la face DE substantiellement, parallèlement à celle-ci. il faut donc que l'angle r corresponde substantiellement aux conditions de Brewester, c'est-à-dire que, Si n est l'indice de réfraction du matériau de la cellule s oC - arc sin(n) . Comme les indices de réfraction varient peu (entre 1,4 et 1,6) on voit que oC est de l'ordre de 450 (correct pour n = 1,414. De telles plaques renvoient donc une partie de l'éner- gie solaire dans une direction donnée 15 le long de leur surface inférieure 16. La figure 5 correspond à une implantation de dispositif de dessalement utilisant la concentration solaire de la figure 4. Les rayons solaires tels que 14 se trouvent renvoyés à travers les cellules 12 parallèlement b la face inférieure des panneaux ?osa. Ils rencontrent alors un toit réfléchissant (miroir) 17 et pénètrent dans le canal 1 par la vitre 6. ~Le concentrateur solaire est soutenu au-dessus du sol par une armature aussi légère que suffisante qui comprend des piliers 18 entretoisés par des poutres 19 s'étendant dans un plan transversal aux canaux 1 et 2, afin d'éviter la présence de poutres parallèles aux canaux qui pourraient intercepter les rayons renvoyés comme indiqué. Angle de pente p est choisi pour que les rayons solaires, quand le soleil est au zénith, soient orthogonaux aux faces d'entrée des cellules. La pente serait zéro pour des rayons faisant 450 avec l'horizontale, elle est de 150 pour des rayons faisant 600 avec l'horizontale, elle est de 250 pour des rayons faisant 700 avec lthorizontale. Un matériau 20 est disposé derrière le miroir 17 pour former écran aux pertes par radiation dans le canal-1 pendant la nuit. Une autre solution de concentration de l'énergie solaire illustrée à la figure 6 consiste à compenser la variation annuelle d'altitude du soleil enrecourant à l'emploi d'un écran 20formé de prismes 21. Selon un calendrier précis, on peut soit changer les écrans tels que 20, ctest-à-dire utiliser des écrans dont l'angle des prismes est différent, soit modifier l'angle que fait l'écran avec le sol. Pour ce faire des montures 22 en arc de cercle peuvent être rapportées sur le mur 7 et munies de crans d'accrochage des écrans sous différents angles, ceux-ci étant montés pivotants en 20a. Le nombre de changements d'écrans ou de positions d'écran par an peut titre calculé en prenant en considération les pertes de l'écran et les pertes de la vitre 6 quand les rayons solaires ne l'attaquent pas d'une façon orthogonale. L'écran peut titre formé par moulage et etre en matière plastique tout comme les panneaux 10 formant lentille de Fresnel. On peut concevoir qu'il soit soutenu par un cadre lui donnant les qualités mécaniques nécessaires. Comme représenté à la figure 7, un tel écran 20 peut aussi être employé en conjonction avec un panneau 10 formant lentille de Fresnel (monté comme à la figure 3) pour faire en sorte que les rayons solaires attaquent le panneau 10 orthogonalement pendant toute l'année. Dans les deux cas (figure 6 et figure 7), l'angle formé par la vitre 6 et/ou le panneau 10 formant lentille de Fresnel avec le plan horizontal sera choisi pour que les rayons du soleil, quand il est au zénith maximal de l'année, soient orthogonaux à 6 et/ou tO, et l'écran 20 sera enlevé à ce moment de l'année, tandis que pendant le reste de l'année où le soleil au zénith sera moins haut dans le ciel, l'écran sera disposé et fera comme représenté un angle avec l'horizontale qui sera toujours plus grand que celui fait par 6 ou 10. la figure 8 -se rapporte à une solution du type de celle de la figure 7, mais elle en diffère par la taille, et notamment en ce que la largeur du panneau 10 formant lentille de Fresnel n'est que par exemple deux fois celle de la vitre 6 On peut alors concevoir qu'au lieu d'ériger des charpentes ou murs le cas échéant, la structure externe de l'ensemble(c'est à-dire le panneau -10 et son support) forme une sorte de caisson 23, soit démontable, soit transporté tout monté. Ainsi dans le cas d'un canal de 50 cm de large par exemple, les dimensions du caisson seraient de l'ordre du mètre. Une réduction de taille du panneau 10 formant lentille de Fresnel peut aussi conduire à un autre dispositif de concentration de l'énergie solaire, tel que représenté à la figure 9 C'est un caisson dont la taille peut aussi #tre de l'ordre du mètre par exemple et qui comporte un plancher 24 sur lequel est érigé un miroir elliptique 25 destiné à renvoyer l'énergie solaire focalisée en F2 par le panneau 10 formant lentille de Fresnel et l'écran 20,en un point focal éloigné Ft. Alors que les faces du caisson parallèles au plan de la figure peuvent être pleines, les faces perpendiculaires au plan de la figure (tout au moins celle du côté de P1) doivent être vides et les montants désignés par 26a, 26b sont donc en général des poteaux. Avec un tel dispositif, une certaine précision est nécessaire et l'écran 20 est alors à considérer comme indispensable pour que le dispositif soit utile toute l'année. Dans le cas où F1 est prévu sous la vitre 6 dans le canal 1, sa position peut varier dans des dimensions de l'ordre de 50cm ce qui à 20m donne une erreur d'angle possible de moins de 20. Comme représenté à la figure 10, on peut alors employer un ensemble de caissons du type de la figure 9 pour concentrer l'énergie solaire captée sur une très grande surface en un point F qui se trouve dans le canal 1 sous la vitre 6. La forme du toit du canal 1 est un peu modifiée pour permettre l'entrée des rayons solaires captés par les caissons, ctest-à-dire que la vitre 6 est maintenue de place en place par des montants 27 entretoisés à leur partie supérieure et supportant aussi une autre vitre de cloisonnement sensiblement verticale 28. Les caissons de concentration solaire sont en outre disposés de telle façon que chacun n'obstrue pas le rayonnement provenant de ceux qui sont plus éloignés. La précision nécessaire au dispositif peut être obte nue #à "3 l'usine" avant transport sur place. En ce qui concerne les montants 26a, 26b de caissons adjacents ils seront munis de marques ou de trous de vis ou autres moyens pour qu'il ne soit pas possible de-disposer les caissons les uns par rapport aux autres, différemment de la disposition prévue. L'angle o4 des rayons entrant dans le canal 1 peut être de tordre de 200 et le nombre de caissons que l'on peut disposer ainsi quoique limité, peut etre facilement de l'ordre de vingt. Bien entendu d'autres variantes peuvent encore Autre imaginées sans pour autant sortir du domaine de l'invention. REVENDICATIONS le Dispositif de dessalement d'eau de mer ou saumâtre à l'aide de l'énergie solaire, caractérisé en ce qu'il comprend deux canaux adjacents ou analogues destinés à contenir l'eau de mer ou saumâtre, une structure de serre sur l'un desdits canaux pour en évaporer l'eau et une structure de condensation et recueil d'eau douce communiquant avec ladite structure de serre et principalement immergée dans l'autre canal formant source froide de condensation. 2. Dispositif de dessalement selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est associé à la structure de serre une structure de concentration optique du rayonnement solaire. 3. Dispositif de dessalement selon l'une des revendications précitées caractérisé en ce qu'il comporte des moyens permettant-de piéger et de renouveler liteau de mer ou saumdtre d'au moins le canal d'éyaporation. 4. Dispositif de dessalement selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un canal ou analogue d'alimentation en eau de mer ou saumatre en parallèle auquel sont établis les deux canaux précités, lesdits moyens de piégeage et de renouvellement étant constitués par des vannes servant à mettre chacun des canaux en communication avec ledit canal d'alimentation. 5. Dispositif de dessalement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le canal auquel est associée la structure de serre présente une paroi absorbante du rayonnement solaire. 6. Dispositif de dessalement selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que ladite structure de concentration optique est constituée par des panneaux à lentilles ou prismes multiples surmontant la structure de serre. 7. Dispositif de dessalement selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque panneau de concentration est posé avec une inclinaison liée à la hauteur zénithale maximale du soleil au lieu considéré, et est surmonté d'un écran de réfraction basculant réglable servant à dévier faborablement selon la saison le rayonnement solaire sur le panneau. 8. Dispositif de dessalement selon la revendication 6, caractérisé en ce que les panneaux sont formés d'une succession de prismes renvoyant sous eux les rayons solaires dans une même direction, vers un miroir de réflexion surmontant la structure en serre et y renvoyant lesdits rayons, ce miroir étant de préférence surmonté d'un écran contre les pertes par radiation. 9. Dispositif de dessalement selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que chaque structure de concentration optique et l'écran correspondant éventuel de réfraction sont associés à une structure de support à caisson préfabriquée pour dtre rapportée par dessus le canal d'évaporation. tO. Dispositif de dessalement selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que chaque structure de concentration optique et l'écran correspondant éventuel de réfraction sont associés à une cellule ajourée à plancher supportant un miroir de concentration des rayons solaires dans l'espace de ladite structure de serre, plusieurs de ces cellules pouvant être installées en position étagée pour combiner leurs effets.