Brevet FR2437006A1 — publié le 19800418

La présente invention concerne un miroir focalisateur à focalisation réglable, comprenant un support sur lequel sont montés un ensemble de petits miroirs plans élémentaires. Il est souvent souhaitable de pouvoir disposer de miroirs de grande surface capables de concentrer la lumière sur une très petite surface quasi ponctuelle. De tels miroirs sont notamment nécessaires pour équiper des héliostats destinés à réfléchir la lumière solaire pour la focaliser en un point où se trouve une chaudière capable de capter l'énergie de la lumière solaire focalisée. Généralement > une installation visant à capter l'énergie solaire comprend un très-gra d nombre d'héliostats répartis sur une surface au sol importante et destinés à focaliser l'énergie solaire sur une chaudière souvent surélevéé et installée au-sommet d'une petite tour. Chaque héliostat se présente sous la forme d'un grand miroir de forme sensiblement parabolique. Chaque miroir doit etre réalise de façon tres précise pour pouvoir focaliser de façon exacte sur la chaudière les rayons incidents du soleil qui sont sensiblement des rayons parallèles. Compte tenu des distances mises en jeu, les supports des miroirs doivent être très stables. Par ailleurs, les supports doivent être capables dese déplacer légèrement afin de permettre aux miroirs de suivre le mouvement du soleil. On-a déjà réalisé des héliostats- comprenant un miroirmobile monté sur une charpente métallique. Chaque miroir e-st constitué par un ensemble de petits miroirs plants élémentaire? réglables individuellement pour assurer une focalisation corrécte de la Lumière. Des systèm-es mécaniques à paliers et pignons permettent également de modifier la position des petits-miroirs él~ementaires d'un héliostat en fonction de la course du soleil Un tel système présente des limites dans la constructIon d'héliostats d'assez grandes dimensions et reste relativement complexe dans sa construction et le réglage des différents miroirs élémentaires.La charpente métallique doit notamment être réalisée de façon très rigide pour pouvoir résister à l'emprise du vent, et être réalisée de façon très soignée pour prévenir des dilatations thermiques inégales qui nuiraient à la précision du système. Tout ceci augmente les coûts de fabrication. Les divers systèmes de réglage mécanique sont eux-memes assez complexes et doivent recevoir un entretien régulier. Enfin, la mise en oeuvre de charpentes métalliques se prête mal à une fabrication en grande série. La présente invention vise précisément à remédier aux inconvénients précités et à permettre la fabrication de miroirs focalisateurs qui soient stables, facilement réglables et orientables et présentent un très bon pouvoir réfléchissant tout en ne nécessitant qu'un entretien limité et en se pre- tant à une fabrication aisée en grande série. Ces buts sont atteints grâce à un miroir focalisateur à focalisation réglable, comprenant un support sur lequel sont montés un ensemble de petits miroirs plans élémentaires, caractérisé en ce que le support du miroir focalisateur comprend une structure moulée en béton présentant une face de référence sur laquelle sont collés à faible distance les uns des autres, mais sans contact entre eux, les petits miroirs plans élémentaires, et en ce que la structure en béton moulé est équipée d'éléments de précontrainte permettant un réglage de la concavité de ladite face de référence portant les miroirs élémentaires. La structure moulée en béton forme ainsi un support de grande rigidité et stabilité pour les différents miroirs élémentaires, dont le montage est facilité puisque ceux-ci sont collés directement sur une surface de référence de la structure de béton. Les éléments de précontrainte fournissent eux-memes un moyen de réglage commode et précis des différents miroirs élémentaires permettant la réalisation de miroirs focalisateurs de caractéristiques prédéterminées. La structure en béton, qui n'est pas limitée en dimensions, se prête à une fabrication en série et ne nécessite pas d'entretien particulier. La structure moulée en béton est avantageusement constituée par une structure alvéolaire comprenant une coque extérieure en béton armé entretoisée par des nervures de béton séparant les diverses alveoles. Les alveoles peuvent être remplies d'un matériau léger de rembourrage tel que du papier, du carton, du polystyrène expansé. Selon un mode particulier de réalisation, les éléments de précontrainte sont constitués par des tiges filetées réparties en nappe sur une surface excentrée par rapport à la surface moyenne médiane de la structure en béton moulé. Les tiges filetées sont de préference disposées de manière à fournir une précontrainte isotrope et peuvent être réglées individuellement ou en groupe. Afin de réaliser l'absorption des déformations différentielles entre les miroirs plans élémentaires de verre et la surface de référence du béton, on colle les petits miroirs élémentaires sur ladite surface de référence à l'aide d'une couche de colle du genre caoutchouc synthétique thermoplastique et on remplit également les espaces de joint entre les miroirs élémentaires à l'aide d'une matière plastique. De la sorte, les miroirs élémentaires ne sont soumis à aucune contrainte et peuvent être constitués par des lames de verre très fines. La structure moulée en béton sur laquelle sont collés les miroirs élémentaires peut facilement être montée pivotante par rapport à deux axes perpendiculaires. Selon un mode particulier de réalisation, le support comprend au moins un élément en béton forme de portion de disque solidaire de la structure sur laquelle sont collés les miroirs élémentaires, du côté opposé à la face de référence portant les miroirs élémentaires et ledit élément en forme de disque est recouvert sur sa tranche d'un feuillard métallique capable de glisser sur des appuis en téflon disposes sur un poteau en béton. Le ou les poteaux en béton supportant le ou les disques en béton sont montés sur un plateau présentant une surface inférieure de contact en métal poli qui repose sur des appuis en téflon et peut glisser par rapport à ceux-ci. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un miroir focalisateur, caractérisé en ce que on coule dans un moule, dont au moins une face de coffrage présente un aspect prédéterminé, du béton pour former une structure en béton présentant au moins une face de référence, on équipe la structure en béton à l'aide d'élements capables d'exercer une précontrainte sur ladite structure, on colle sur la surface de référence de la structure un ensemble de petits miroirs plans minces à faible distance les uns des autres et sans contact entre eux et on règle la concavité de la structure par une action de tension ou de compression sur les éléments de précontrainte. Les éléments de précontrainte peuvent oestre disposés dans le moule avant la fin du coulage du beton, de façon excentrée par rapport à 'la surface moyenne médiane de la structure à couler. D'autres caractéristiques et avantages de 1 'inven- tion ressortiront mieux de la. description qui fait suite de modes particuliers de réalisation donnes uniquement à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un miroir selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe à travers une structure moulée en béton supportant la surface réfléchissante d'un miroir selon l'invention, - les figures 3 et 4 sont des vues respectivement de face et en élévation d'un miroir selon l'invention monté pivotant sur son support, et - la figure 5 est une vue en perspective d'une variante de réalisation d'un miroir selon l'invention. Sur la figure 1 on voit, schématiquement représenté, un miroir concave 1 comprenant dne structure support en béton Il munie d'une face de référence 10 sur laquelle sont collés des petits miroirs plans élémentaires 2 disposés à très faible distance les uns des autres, mais non jointifs et séparés les uns des autres par des joints 22. Les miroirs plans élémentaires 2 peuvent par exemple hêtre constitués par de minces lames de verre argentées carrées ou rectangulaires. Des éléments de précontrainte 3 symbolisés par des flèches sur la figure 1 exercent une action permanente et réglable sur la structure en béton 1 1 pour conférer à cette dernière, et notamment à la face de référence 10 portant les miroirs élémentaires 2 une concavité désirée. Dans l'exemple de la figure 1, la concavité est telle que des rayons incidents parallèles 11,12 sont réfléchis sous forme de rayons R1,RZ con vergent en un foyer unique 5, Sur l'exemple de la figure 5, représente à titre de yariante, des rayons parallèles 13 > 14 incidents sont réfléchis sous forme de rayons R3,R4 4 coupant une ligne unique 51.En fonction de la concavité donnée à la face 0, il est ainsi possible de concentrer la lumière en un ou plusieurs foyers, ou dans une zone déterminée, en fonction des lois de ltoptique géométrique. Les éléments de précontrainte 3, répartis en nappe ou réseau, agissent directement sur la structure 11 elle-même. Un réglage individuel de chaque miroir plan élémentaire est ainsi évité. La figure 2 montre de façon plus détaillée la structure du miroir 1 selon l'invention. Une structure 11 comprend une double coque 12,13 en béton armé entretoisée par des nervures 14 également en béton. Des alvéoles 15 sont ménagées entre les faces des deux parties de coque opposées 12,13 et les nervures 14. Les alvéoles 15 peuvent être remplies de tout matériau léger de rembourrage usuel tel que du carton, du papier, du polystyrène expansé. Une structure alvéolaire en béton présente l'avantage de rester relativement légère tout en constituant cependant un élément de grande stabilité. La construction d'une structure 11 s'opère de la manière suivante. Un premier coffrage de grande précision est réalisé pour former la surface de référence 10 par coulage d'une première couche de béton visant à former la coque 12. Des matériaux légers de remplissage sont alors déposés dans des zones localisées 16 au-dessus de la coque 12 pour former des alvéoles 15. Du béton est alors coulé à nouveau pour former la coque 13 et les nervures solidarisant les deux coques 12 et 13 entre les alvéoles 15. Naturellement, le béton peut entre armé à l'aide des procédés classiques utilisant par exemple des treillis métalliques soudés. Les coffrages peuvent être réalisés par exemple en résine polyester stratifiée ou en un matériau équivalent autorisant, au moins pour le coffrage de formation de la surface de référence 10, une grande précision dans la forme et l'aspect de surface obtenus. Les miroirs élémentaires 2 constitués par de minces lames planes de verre argenté, par exemple rectangulaires, sont collés sur la surface de référence 10, après le moulage de la structure 10, équipée de ses éléments de précontrainte 3 comme cela sera explicité ci-dessous. Les miroirs élémentaires 2 sont collés à l'aide d'une matière 21 telle que du caoutchouc synthétique thermoplastique connu sous le nom de"néoprène" La couche de colle vise à fixer les miroirs sur la surface de référence 10 tout en absorbant des déformations différentielles entre le béton et le verre lorsque la surface de référence 10 est déformée par les éléments de précontrainte 3 pour recevoir la forme prédéterminée désirée. Les- miroirs élémentaires 2 sont en fait, en position finale, fixés sur la surface 1Q essentiellement par points à leurs angles.Les miroirs élémentaires 2 sont disposés en mosaïque très près les uns des autres mais ne sont toutefois pas disposés bord à bord. Des joints 22 séparent les différents miroirs élémentaires 2. Les joints 22, en matière plastique, assurent, comme la couche de colle 21,l'absorption des déformations différentielles entre la surface continue de référence 10 du béton, qui présente une certaine concavité, et la surface discontinue constituée par l'ensemble des miroirs plans 2 articulés au niveau des joints 22 pour constituer une surface réfléchissante d'ensemble très proche de la surface de référence 10. Les carreaux de verre 2 qui sont collés sur la surface 10 de la structure stable 11 ne sont pas soumis à des efforts particuliers et par suite, peuvent être très minces. Les pertes de lumière à l'intérieur du verre sont ainsi très réduites. Les miroirs élémentaires argentés peuvent ainsi présenter par exemple une épaisseur de l'ordre de quelques dixièmes de millimètre. Naturellement, si des lames de verre argenté constituent un matériau de base préférentiel pour des miroirs réfléchissants élémentaires, d'autres types de matériaux réfléchissants peuvent constituer les miroirs élémentaires. Ceux-ci peuvent également se présenter sous forme de films plutôt que sous forme de minces lames rigides.Dans tous les cas, la couche de colle 21 présente une élasticité qui lui permet d'absorber en partie les distorsions par cisaillement qui proviennent du fait que la surface de référence 10 du béton se déforme, lors du réglage de sa concavité un peu plus fortement que la surface réfléchissante discontinue constituée par l'ensemble des surfaces réfléchissantes elémentaires 2. Un exemple de réalisation des éléments de précontrainte 3 qui équipent la structure Il de support de la surface réfléchissante constituée par les miroirs élémentaires 2 sera maintenant décrit ci-dessous. Un ensemble de fils 3 répartis en nappe est intégré dans la structure de béton Il selon une surface excentrée par rapport à la surface moyenne médiane MM' de la structure 11. La nappe dé fils 3 est par exemple située à une distance e de la surface MM'. Une action de traction exercée sur les extrémités des fils. 3 qui émergent de la structure bétonnée il permet ainsi d'exercer sur la structure 11 une précontrainte qui provoque une déformation de ladite structure.Dans la mesure où les fils 3 sont régulièrement répartis à l'intérieur de la structure 11 par exemple en une double série de fils entrecroises selon deux directions perpendiculaires et si les efforts exerces sur les extrémités des fils sont bien équilibrés, il est possible de réaliser une précontrainte isotrope dans toute la structure Il et de produire ainsi une déformation globale régulière de la surface de référence 10. il est à noter quelle réglage de la précontrainte par action sur les différents fils de réglage, par exemple à l'aide de tiges filetées, peut se faire de manière très progressive, ce qui permet une mise au point très précise de la concavité de la surface 10, et donc de la focalisation du miroir 1. Les fils de réglage peuvent par exemple être montés dans des gaines entrecroisées et incorporées dans la structure il lors du coulage du béton. Diverses dispositions des éléments de précontrainte peuvent être envisagées. Ainsi, les deux séries de fils orthogonaux peuvent être parallèles respectivement aux cotés 101 à 104 de la tranche de la structure 11 qui delimitent la surface 10. Toutefois, les diverses séries de fils peuvent egalement être disposées parallèlement aux diagonales-des grandes faces de la structure 11. Dans ce cas, l'action exercée sur les fils de précontrainte peut permettre de rattraper plus facilement des gauchissements éventuels provoqués lors du coulage du béton. Il est bien sûr possible de combiner les diverses actions précitées en combinant plus de deux séries de fils.On peut par exemple prévoir deux séries de fils de précontrainte paralleles aux côtés 101,103 et ]02,104 respectivement des grandes faces de la structure 1 1 et deux séries de fils de précontrainte sensiblement parallèles aux diagonales des grandes faces de la structure 11. Une action exercée individuellement sur chacun des fils de précontrainte permet d'ajuster localement de façon précise la concavité de la structure 1 1 et notamment de la face de référence 10, et de conduire, selon le dosage des efforts exercés sur chacun des fils à la formation d'une surface sphérique, parabolique ou ellipsoldalepar exemple. Les extrémités des différents fils d'une mme série de fils parallèles 3 peuvent aussi être réunies à un dispositif commun de commande, actionné par exemple par,un verin unique.Dans ce cas, le réglage de la courbure des grandes faces de la structure 1 I peut s'effectuer de manière particulièrement simple et rapide.On voit par exemple sur la figure 3 les extrémités des fils de précontrainte 3 paralleles aux grands côtés 102,104 du miroir 1 reliées à un dispositif 32 commandé par la ligne 34. De même, les. fils de précontrainte 3 parallèles aux petits côtés 101,103 du miroir 1 sont reliées à un dispositif 31 commandé par la ligne 33. L'action exercée par un dispositif 31 ou 32 sur un fil individuel peut être automatiquement dosée en fonction de la position du fil. Lors de la construction d'une série de miroirs du type conforme à l'invention destinés è équiper des heliostats et par suite susceptible de devoir présenter des concavités variées en fonction de leur emplacement dans le champ d'héliostats, il est possible de n'utiliser qu'un nombre restreint de moules ou coffrages pour le coulage des diverses structures. En effet, pour tout un ensemble de miroirs de concavité voisine, il est possible d'utiliser un même coffrage de concavité moyenne pour former la surface de référence 10, et d'effectuer ensuite le réglage de la concavité définitive à l'aide des éléments de précontrainte 3.Dans le cas de miroirs 1 dont la concavité est très faiblement marquée, ce qui est suent le cas pour des miroirs d'héliostat qui présentent un foyer de focalisation relativement éloigné souvent de tordre du kilomètre, le béton peut titre coulé sur un coffrage plan de manière à former une surface de référence 10 plane. La courbure désirée est ensuite obtenue exclusivement par une action sur les éléments de précontrainte. Le mode de construction conforme à la présente invention permet sans limitation la fabrication de miroirs 2 de grandes dimensions, par exemple de l'ordre de 50 m , du fait de la rigidité de la structure et de la facilité de montage des miroirs élémentaires et de réglage de la courbure de la face ré fléchissante, L'épaisseur d'une structure 11, variable selon les applications, peut être de l'ordre de 20 à 30 cm. Dans ce cas, et si le mode de construction alvéolaire est adopté, la coque 12,13 peut présenter par exemple une épaisseur de l'ordre de 3 ou 4 cm. On décrira maintenant en référence aux figures 3 et 4 un exemple-de support pour la structure 11, qui permet des déplacements du miroir 1 et notamment des pivotements par rapport à un axe vertical et un axe horizontal. Deux portions de disque en béton 41 sont rendues solidaires de la face arrière de la structure il qui est opposée à la face de référence 10 supportant les éléments réfléchissants 2. Les disques 41 sont montés pivotants autour d'un axe horizontal HH' et présentent une tranche 47 recouverte d'un feuillard d'acier inoxydable poli. Les disques 41 portent par leur périphérie sur des appuis en téflon 43 disposés sur des poteaux 42. Les disques 41, supportés par les poteaux 42 peuvent ainsi pivoter autourde leur axe horizontal HH' sous l'action par exemple d'un vérin, non représenté ayant son point d'application enun point des disques 41. Les frottements sont limités du fait du glissement aisé du feuillard d'acier inoxydable 47 sur les appuis en téflon 43. Naturellement, des organes de roulement pourraient également être substitués aux organes de glissement 43,47. Les poteaux 42 reposent- eux-mémes sur une plate-forme 44 en béton armé dont la face inférieure est recouverte d'un métal poli comme par exemple une laye 48 d'acier inoxydable. La plate-forme 44 peut pivoter autour d'un axe yertical VV' et porte sur trois appui-s en téflon 46 solidaires de pieds 45, Les moyens d'actionnement de la plate-forme 44, par exemple un vérin, ne sont pas représentes sur les figures. Naturellement, comme pour le cas des surfaces de glissement 43,47, les organes de glissement 46,48 pourraient être remplacés par des organes de roulement. L'ensemble représenté sur les figures 3 et 4 constitue un miroir orientable particulièrement stable, du fait de la masse des pièces 11,41,42,44 en béton. L'ensemble est d'une grande facilité de montage et la plupart des éléments peuvent d'ailleurs être fabriqués sur place. Par ailleurs, l'entretien est très réduit. Une utilisation en plein air, comme c'est le cas par exemple pour des héliostats devant réfléchir la lumière solaire, n'affecte pas la sûreté du fonctionnement dans la mesure où les supports en béton résistent bien aux intempéries et confèrent une bonne stabilité face aux éléments perturbateurs tels que le vent. L'invention s'applique à des miroirs présentant des courbures de formes variées. Ainsi, sur la figure 5, on voit une structure Il présentant une surface 10 cylindrique. Dans ce cas, ce sont naturellement les éléments de précontrainte 3 disposés perpendiculairement aux génératrices de la surface 10 qui sont particulièrement importants pour le réglage de la concavité. Bien entendu diverses modifications et adjonctions peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICTrONS 1. Miroir focalisateur à focalisation réglable, comprenant un support sur lequel sont montés un ensemble de petits miroirs plans élémentaires, caractérisé en ce que le support du miroir focalisa Leur comprend une structure mou lée en béton présentant une face de référence sur laquelle sont collés à faible distance les uns des autres, mais sans contact entre eux, les petits miroirs plans élémentaires, et en ce que le structure en béton moulé est équipée d'éléments de précontrainte permettant un réglage de la concavité de ladite face de référence portant les miroirs élémentaires. 2. Miroir selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure en béton moulé est constituée par une structure alvéolaire comprenant une coque extérieure en béton armé entretoisée par des nervures de béton séparant les diverses alvéoles, 3. Miroir selon la revendication 2, caractérisé en ce que les alvéoles sont remplies d'un matériau léger de rembourrage tel que du papier, du carton, du polystyrène expansé. 4. Miroir selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments de précontrainte sont cons titués par des tiges filetées ou fils répartis en nappe sur une surface excentrée par rapport a la surface moyenne médiane de la structure en béton moulé. 5. Miroir selon la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments de précontrainte sont constitués par au moins deux séries de tiges filetées situées dans des directions sensiblement perpendiculaires, et en ce que les tiges filetées de chaque série de tiges filetées peuvent être réglées simultanément à l'aide d'un élément d'actionnement unique, tel qu'un vérin. 6. Miroir selon la revendication 5, caractérisé en ce que les petits miroirs élémentaires sont collés à l'aide d'une couche de colle du genre caoutchouc synthétique thermoplastique et en ce que les espaces de joint entre les miroirs élémentaires sont également remplis de matière plastique. 7. Miroir selon l'une des revendications ] à 6, caractérisé en ce que le support comprenant la structure en béton moulé sur laquelle sont collés les miroirs élémentaires, est monté pivotant par rapport à deux axes perpendiculaires. 8. Miroir selon la revendication 7, caractérisé en ce que le support comprend au moins un élément en béton en forme de portion de disque solidaire de la structure sur laquelle sont collés les miroirs éIémentaires, du côté opposé à la face de référence portant les miroirs élémentaires et en ce que ledit élément en forme de disque est recouvert sur sa tranche d'un feuillard métallique capable de glisser sur des appuis en téflon disposés sur un poteau en béton. 9. Miroir selon la revendication 8, caractérisé en ce que le ou les poteaux en béton supportant le ou les disques en béton sont montés sur un plateau présentant une surface inférieure de contact en métal poli qui repose sur des appuis en téflon et peut glisser par rapport à ceux-ci. 10. Procédé de fabrication d'un miroir focalisateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que on coule dans un moule, dont au moins une face de coffrage présente un aspect prédéterminé, du béton pour former une structure en béton présentant au moins une face de référence, on équipe la structure en béton à l'aide d'éléments capables d'exercer une précontrainte sur ladite structure, on colle sur la surface de référence de la structure un ensemble de petits miroirs plans minces à faible distance les uns des autres et sans contact entre eux et on règle la concavité de la structure par une action de tension ou de compression sur les éléments de précontrainte. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que les éléments de précontrainte sont disposé dans le moule avant la fin du coulage du béton, de façon excentrée par rapport à la surface moyenne médiane de la structure à couler. 12. Procédé selon la revendication 10 ou la revendication 11, caractérisé en ce que lors du coulage du béton, ladite surface de référence est un plan. 13. Procédé selon l'une des revendication 10 à 12, carac tersé en ce que pour le coulage du béton, on forme d'abord une la surface de référence, on dispose des matériaux légers de rembourrage dans des zones localisées et disjointes sur la première couche de étron, et on coule des nervures de béton entre -lesdites zones localisées de rembourrage, ainsi qu'au-dessus de celles-ci pour constituer une structure alvéolaire. 14. Application d'un miroir selon l'une des revendications 1 à 9 à la fabrication d'héliostats comprenant une surface réfléchissante focalisante constituée par un ensemble de surfaces réfléchissantes élémentaires réglables en position.