Brevet FR2524530A1 — publié le 19831007

BREVET D' INVENTION PREAMBULE Le procédé de construction de tours qui fait l'objet de la présente invention a pour origine ltétude de générateurs de cyclones artificiels; en effet, les dif férents systèmes pour capter l'énergie éolienne expérimentés jusqu'a nos jours sont tous constitués par des récepteurs rotatifs qui transforment directement l'énergie cinétique des vents naturels en énergie mécanique ensuite convertie en énergie électrique, hydraulique ou autre. Le régime et la force des vents étant aléatoires, aucun système n'a pu dépasser en utilisation pratique le stade de la puissance à usage domestique. Celà est dû au caractère diffus de i'énergie des vents qui conduit a des systèmes mobiles de dimensions techniquement irréalisables pour les puissances industrielles. I1 existe néanmoins une solution qui permet d'obtenir des vents de force régulivre et d'en capter l'énergie a l'échelle industrielle, c'est a dire au niveau des centaines, voire des milliers de Mégawatts électriques. Elle consiste å utiliser l'énergie solaire pour créer des tourbillons générant des vortex qui peuvent monter très haut dans l'atmosphère, de localisation fixe et d'intensite dont les écarts sont acceptables sur le plan de l'exploitation. ART ANTERIEUR Pour créer des tourbillons ou cyclones artificiels, le déposant a invention (dépot nO 1717 du 3 Avril 1956 ALGER et 983953 du 3 Août 1964 PARIS) une tour intitulée "a dépression aérothermique" en forme de venturi spécial comportant un convergent et un divergent selon le profil des FIG I et 2. Cette tour I est nécessairement de grande hauteur pour que soient réunies les conditions physiques requises pour son fonctionnement en puissance. Elle est constituée d'une base 2 dont la forme de révolution évolutive aboutit a un retrécissement ou col 3 surmonte d'un diffuseur conique 4. Cette tour fonctionne de la manière suivante L'air chauffé au niveau du sol par le rayonnement solaire pénètre par les ouvertures périphériques 5 de la base 2 et suit en montant a l'intérieur un mouvement tourbillonnaire qui peut atteindre au niveau du col 3 des vitesses tangentielles -l de l'ordre de 250 m s 1 en vortex libre. Cet effet tourbillonnaire créé une de- pression centrale ou vortex qui tend a monter par l'effet de la poussée archimédienne des courants chauds jusqu'à une hauteur d'equilibre des pressions in térieures et extérieures.Il s'agie par conséquent d'un système thermodynamique ouvert où le fluide caloporteur assurant le transfert de chaleur de la source chaude a la source froide est l'air lui-même. Le potentiel d'énergie cinétique du tourbillon au niveau du col est transféré en potentiel d'énergie mécanique puk électrique par un capteur convenable. OBJET DE L' INVENTION La présente invention concerne des modes de structures et de montage suivant une technologie tropriéepour la construction de tours du type decrit et par extension pour d'autres types de tours tels que les aéroréfrigérants utilisés pour le fonctionnement des centrales thermiques classiques caloporteurs liquides; ainsi que des moyens propres a assurer l'érection et la mise en forme. De fait, l'importance de tels ouvrages qui peuvent atteindre plusieurs centaines de mètres de hauteur requiere des dispositions constructives originales et spécifiquement adaptées pour faciliter la mise en oeuvre dans les meilleurs conditions économiques et de délais ainsi que de fiabilité. DESCRIPTION SOMMAIRE Les FIG 1 et 2 réprésentent la tour aérothermique selon l'art antérieur en élévation et vue du dessus. La FIG 8 montre une coupe en élévation avec la disposition de ltossature (en profile tubulaire dans le cas du dessin) et le treillis de renforcement. La FIG 9 montre en coupe partielle le détail du col au niveau de l'emplacement des capteurs dans le cas de tours a vortex. La FIG 3 montre un mode de liaison des membrures lorsqu'elles sont tubulaires formant les lisses, couples et autres éléments de structures. La FIG 10 montre un exemple de collier de fixation pour constituer les noeuds d'assemblage des éléments de structures entre eux. La FIG 4 montre schématiquement l'accrochage des lisses, en appuis sur un train de galets supports de lisses pour permettre leur glissement en cours d'élévation, la couronne de la partie supérieure de la tour, la dite couronne elle-meme soutenue par des bras'a la tête du mât élévateur. La FIG 5 montre un détail de la FIG 7 laquelle montre la disposition d'un jeu de galets supports de lisses. La fig 6 montre la disposition des lisses rayonnant autour de la couronne du sommet de la tour. Cette disposition rayonnante est préférentielle lorsque l'inplantation de la tour permet de disposer d'une surface de terrain qui se prète a cette installation; autrement il est toujours possible de ne mettre en prolongement qu'une partie de la longueur totale de chaque lisse en fixant les élément: qui suivent au fur et à mesure de l'élévation de l'ensemble des lisses par le mât central télescopique. La FIG 7 montre l'ossature en cours de mise en place par le mat élévateur; notam ment au moment où la hauteur finale est atteinte avec les lisses en suspension par leur propre poids et prenant une courbe en chaînette entre leurs deux entre mites. La FIG il montre en profil un système particulier de remplissage par panneaux relevés pour la constitution du voile de la tour qui coopère avec la résistance des éléments porteurs métalliques de la tour. La FIG 12 montre un panneau coulé l'intérieur d'un cadre métallique. La FIG 13 montre en demi coupe le profil d'un aérorbfrigérant classique. La FIG 14 montre un détail en coupe du couronnement du dit aéroréfrigérant. La FIG 15 montre la disposition de l'ossature entretoisée des poteaux. La FIG 16 indique le montage des lisses et membrures entre lesquelles est coule le béton de voile. La FIG 17 montre en coupe les membrures en partie noyées dans le béton l'autre partie restant en affleurement du parement en béton. DESCRIPTION DETAILLEE Les FIG I et 2 sont décrites dans l'art antérieur. La FIG 3 montre le mode d'assemblage des profilés (en tubes sur le dessin) en prolongement bout à bout pour former les membrures des lisses de longueur manipulable assemblées en bouts . Par exemple en 8 deux lisses en bouts assemblées au moyen d'une virole 9 solidarisant les tubes par un moyen de sertissage, créant des sillons circulaires 10 et il ou encore par emboitement de l'extre- mite 12 ayant subit une rEtreinte pour être emmanche dans I'extremité 13, so lidarise également par sertissage comme dans le cas précédant; le nombre de sillons et leur profondeur est calculé de telle manière que la résistance de l'assemblage soit au moins identique a celle des tubes. Le sertissage est rea lisé au moyen d'un outil special comportant des molettes appropriées.Dans le cas ou les profiles sont différents des tubes le mode d'assemblage sera celui habituellement obtenu par éclisses boulonnées, soudures ou tous autres moyens. La FIG 4 montre une lisse 8 articulée en 14 suivant un plan vertical sur des goussets solidaires de la couronne superieure de la tour 15 la dite couronne étant associée a la tette d'un mât élevateur 16 jusqu'a l'achEvement des opérations d'assemblage de tous les élements-de la charpente. Chaque lisse 8 repose sur un train de galets 17 portes par des supports 18 disposés obliquement ou non par rapport au sol 19. Les lisses sont assemblées sur chantier en partant des points d'articulation de la couronne 15. Des dispositions particulieres sont prévues pour assembler les membrures intérieures et extérieures des lisses de telle maniere qu'elles puissent etre simultanément entrainées au moment de 1 'érection. La FIG 5 montre un détail de la disposition des galets 17 supportant la lisse 8 des moyens annexes sont prévus pour la manipulation et le déplacement de l'outil de sertissage dans le cas où cette méthode est requise. La figure indique que les galets sont associés a un axe porté par le palier 20 solidaire du bâti 18 reposant sur un socle 19. La FIG 6 montre schématiquement la disposition rayonnante des lisses 8 fixées par articulation à la périphérie de la couronne 15 . La géométrie de révolution du système, aussi bien dans le cas de la construction d'une tour a vortex que dans celui d'un aéroréfrigérant, est particulierement propice a une élévation simultanée de toutes les lisses en assurant en même temps l'autostabilité de la structure sans qu'il soit nécessaire de prévoir un échafaudage quelqconque. La FIG 7 montre le mât élévateur téléscopique portant la couronne 4 à son niveau définitif de hauteur à laquelle sont suspendues les lisses 8 formant par leur propre poids une courbe en chaînette. Les lisses sont élevées progressivement jusqu'a la hauteur définitive en ajoutant successivement des tronçons au mât à partir d'un montage situé à la base 21 et commandé par un dispositif hydraulique. Chaque lisse dont l'ensemble forme un faisceau comporte en un point convenable correspondant à une tangente à la courbe génératrice, un moyen d'attache sur lequel est fixé un câble de traction 23. Des poulies de renvoi permettent d'orienter le câble vers le(s) tambour(s) d'un treuil 26. Les poulies sont repérées 24 et 25 sur la figure. Les repères 26,27 indiquent le profil définitif obtenu après que les lisses aient été tirées par les câbles. Une fois cette phase de montage achevée intervient celle de l'assemblage des éléments de structure horizontaux et en diagonal éventuellement solidarisant les lisses entre elles et assurant la rigidité de la charpente. Le mât téléscopique n'est démonté que lorsque cette derniers est achevée. La FIG 8 montre la coupe en élévation de la tour après mise en place des éléments d'entretoises entre les lisses dont les horizontales forment les couples annulaires depuis la base jusqu'au couronnement et constituent en quelque sorte les parallèles qui suivent la variation de courbure du profil de la tour. Dans les cas requis par la nature de la structure de la charpente et de la hauteur de la tour il est prévu des diagonales reliées aux noeuds entre lisses et couples assurant ainsi un double réseau de mailles. De même dans un cas particulier de charpente, chaque lisse est constituée par une double membrure 27,28.D'une manière générale les nécessités de la technique imposent des structures en treillis partir d'un certain dimeflsionnement des tours. la FIG 8 indique par ~tailleurs que la partie inférieure de l'ossature s'appuie sur des parois défléctrices 6 supportant également le voile 7 en coopérant avec le mât support 31, l'extrémité 32 des lisses s'appuie sur une poutraison supportée d'une part par les parois défléctrices et d'autre part sur des poteaux 33 convenablement encrés pour supporter le couple de renversement. La FIG 9 montre, dans le cas particulier des tours à vortex,à une échelle plus détaillée la partie du col où sont assemblées les plate-formes 29 destinées a recevoir les aérogénérateurs représenté par le tracé en 30. La FIG 10 montre un exemple de collier de fixation des éléments de montage entre lisses, couples et diagonales. Par ce principe prévu pour éviter toutes soudures sur le chantier, l'ensemble triangulé ne comporte aucune contrainte localisée due notamment à des moments d'encastrement lors de transfert de moments résistants différentiels par suite des efforts au vent et des variations de température du coté exposé au soleil par rapport à celui qui se trouve a l'ombre. La FIG 11 montre schématiquement de profil des éléments de voile 34 coulés sur un plancher mobile 35 soutenu par un contrefort 42 accrochés a des moyens de fixation localisé en 43. Ces éléments de voile ou panneaux sont relevés après le temps de prise convenable du béton par un moyen mécanique rproprié et fixés aux lisses 8 et couples 44 par un clavetage repéré en 36. La FIG 12 montre vue de face un panneau de voile réalisé soit par panneau relevé corne indiqué FIG 11 soit préfabriqué au sol. Un cadre en profilé métallique 39 38 comporte du fer rond ondule3et soude sur l'âme du profilé pour permettre une bonne solidarité avec le béton et des trous de fixation 37 pour le montage sur l'ossature de la tour; des nappes de fers ronds assemblés en treillis de répartition 40 sont noyées dans l'épaisseur du panneau. La FIG 13 montre en exemple la demi coupe d'un profil de tour d'aéroréfrigérant classique comportant le voile 45 mais caractérisé par le couronnement 47, les poteaux 46 supportant l'ensemble reposant sur la semelle périphérique en béton 48. La FIG 14 montre un détail du couronnement constitué par des éléments de cadre 49 a,b,c,d, fixés au sommet des armatures de lisse 53,54 et soutenus par des contreforts 51. Ces cadres sont reliés entre eux par des profilés de couronnement 55,56,57,58. A l'intérieur des cadres sont montés des caissons 50 qui constituent des coffrages perdus pour limiter le remplissage du béton 59. La FIG 15 montre le détail du poteau 46 de la FIG 13 constitué par l'assemblage des profilés 52,53 entretoisés par les profilés 54 formant couples ou cadres; le poteau métallique stappuyant sur la semelle périphérique 55. Un renfort en gousset 56 limite la base du voile constitué par le remplissage en béton 59. La FIG 16 montre schématiquement de face les membrures de lisse 52 et de couple 54 formant cadre et entre lesquels est coulé le béton renforcé par le treillis de répartition 40. La FIG 17 montre en coupe dans le plan x-x ou y-y la position relative des profilés dans l'épaisseur du voile en béton 59. REVENDICATIONS 1- Procédé de construction de tours a vortex ou d'aéroréfrigérants caractérisé en ce qu'il consiste à monter une ossature métallique à partir d'un mât central téléscopique pour en faciliter l'érection et la mise en place des pièces d'as semblages annexes, caractérisé en ce que le voile de remplissage est réalisé par panneaux en béton coulés sur un plancher amovible et relevés de l'horizontale à la verticale ou selon la pente de la paroi t partir d'une articulation en char niére,caractérisé en ce que l'association des panneaux de voile a la charpente est obtenue de manière à ce que le dit panneau soit encadré par les éléments de membrures de la dite charpente, caractérisé en ce que le même principe de pan neaux encadré par les éléments de charpente est obtenu en coulant le béton entre coffrages de parois externe et interne maintenus au systeme de référence que constitue la charpente elle-même. 2Procédé de construction selon I caractérisé en ce que le profil de révolution de la tour est déterminé par des génératrices ou méridiennes constituées par des tubes lisses ou un autre type de profil et en ce des couple assurent la liaison entre les lisses dans le sens orthogonal et des diagonales entre les noeuds formés par les précédents de telle maniera a ce que l'ensemble constitue une ossature métallique réticulée par triangulation. 3 - Procédé de construction selon I et 2 caractérisé en ce que les noeuds sont dit "articulés" en ce sens que chaque extrémité de membrure est reliée aux autres éléments par une axe (31) FIG 10 et caractérisé en ce que les éléments sont associés par des ferrures formant colliervet caractérisé en ce que les dite. membrures sont des tubes assemblés bout bout par un moyen de sertissage FIG 3 pour les grandes longueur comme notamment pour les lisses. 4- Procédé de construction selon 1, 2 et 3 caractérisé en ce que la mise en oeuvre et ltélévation de la charpente est réalisé avec un ensemble de moyen de la maniere suivante a) des éléments de charpente sont assemblés au sol sur une aire préparée a cet effet en mettant en place les structures du mât téléscopique des bras supports et du couronnement (4) a partir duquel viendront se fixer les lisses (8). b) les membrures (27) et (28) des lisses lorsqu'elles sont en treillis ou lors qu'elles sont constituées par un seul profilé ou tube sont assemblées au sol sur des supports appropriés comportant des trains de galets (17) les dites membrures (27) (283 sont articulées a des goussets (14)(15) prévus autour de la couronne (4) de manière a ce qu'elles rayonnent au sol autour de celle-ci après assemblage. c) un systeme élévateur constitué par un mât téléscopique (31) est mis en place au centre géométrique de la tour,cet élévateur comporte des moyens supportant la couronne (4) et la charge des lisses (2,)(28) celles-ci étant ensuite en trainées par la couronne solidaire du mât téléscopique éleveeen hauteur par des moyens hydrauliques partir d'une base (21). d) des moyens d'actaches (22) sont fixés sur chaque lisse (8) ainsi que des moyens d'entretoise où doit se former la section retreinte de la tour et des câbles fixés à ces attaches d'une part et Sdteamboursd'enroulement (26) par l'intermédiaire de renvois (24),la traction simultanée des câbles permet d'obtenir le profil désiré et de fixer les armatures de consolidation couples et diagonales. e) des moyens de fixation assurant l'ancrage des extrémités inférieures des lisses à des contreforts scellés à une semelle périphérique de fondation. f) des moyens d'assemblage des membrures de lisses par des pieces d'entretoises formant treillis ou par simple profilés et des moyens de montage et de fixation des dites pièces formant couples et diagonales et dont l'ensemble assure la stabilité de la charpente. g) des moyens complémentaires qui assurent la réalisation et le montage des éléments de remplissage. 5 - Procédé de construction de tours selon 1 caractérisé en ce que la réalisation des voiles de remplissage est obtenu au moyen de panneaux préfabriqués FIG 12 comportant un cadre en profilé et des moyens de fixation a l'ossature de la tour. 6 - Procédé de construction selon I caractérisé en ce que les panneaux de remr plissage sont coulés a pieds d'oeuvre sur un plancher mobile FIG líJles dits panneaux étant ensuite relevés et fixés a la charpente apres prise du béton. 7 - Procédé de construction selon I caractérisé en ce que des profilés de lisses (52) (53) et de couples (54) constituent des cadres continus en réseau réticulés entre lesquels on coule le beton (59) et caractérisé en ce que les mêmes dispositions sont appliquées pour des géométries différentes telles que le couronnement des tours et la structure des poteaux.