Brevet FR2535071A1 — publié le 19840427

Divers types de capteurs solaires à transparence variable ont été expérimentés et brevetés plus ou moins récemment.Signalons en particulier : capteurs contenant un liquide à concentrations variables de produits absorbants le rayonnement solaire; capteurs basés sur la propriété de réflexion de la lumière sur des catadioptres recouverts ou non d'un liquide; capteurs comportant des lamelles inclinables mécaniquement; capteurs contenant un liquide dans lequel se trouvent des bulles gazeuses. Le type de capteurs à transparence variable faisant l'objet du présent brevet est basé sur une propriété physique très différente de celles utilisées pour les capteurs précédemment cités.Cette propriété physique permet une modulation de la lumière traversant le capteur de façon particulièrement simple et contrôlable. Le principal inconvénients des capteurs cités précédemment est en effet la complexité des organes annexes permettant une modulation des propriétés absorbantes du capteur. Le présent brevet porte sur un capteur à transparence variable contrôlée, utilisant les effets d'un champ électrique appliqué à des substances nématiques, cholestériques ou à des mélanges nématiques-cholestériques. Le principe du dispositif permettant une transparence variable est le suivant : un condensateur plan (ayant la surface du capteur),semi-transparent, comporte un diélectrique à l'état mésomorphe formé par un film de substance nématique, cholestérique ou un mélange nématique-cholestérique.Les électrodes du condensateur sont formées de deux plaques de verres (ou d'une substance quelconque transparente, un plastique par exemple) dont une face de chaque plaque a été recouverte d'une très mince couche métallique.Ces couches sont placées en regard l'une de l'autre, les plaques support étant parallèles entre elles (ou formant éventuellement entre elles un angle très faible), de façon à former un condensateur électrique semi-transparent.Le film diélectrique à l'état mésomorphe est situé entre les deux couches métalliques. Lorsqu'on applique une tension électrique entre les deux électrodes du condensateur ainsi formé, le diélectrique mésomorphe est rendu plus ou moins diffusant selon la valeur de la tension appliquée.Par suite, la transparence du condensateur est rendue variable en fonction de la tension entre les électrodes du condensateur.En l'absence de tension électrique, la transparence est maximale. Les courbes donnant le rapport entre l'intensité lumineuse diffusée en présence d'un champ électrique et l'intensité lumineuse diffusée en l'absence de champ, en fonction de la tension appliquée, ont été établies pour divers produits à l'état mésomorphe.Les phénomènes caractéristiques de cet effet ont également déjà été décrits dans diverses publications : existence d'un seuil de tension; constantes de temps très faibles; effet de mémoire pour les mélanges nématique-cholestériques. Le présent brevet porte sur l'utilisation des propriétés décrites précédemment pour la fabrication d'un capteur à air, à eau ou comportant tout autre fluide.L'absorbeur du capteur solaire est formé par un condensateur à diélectrique à l'état mésomorphe à transparence variable que l'on a décrit précédemment. Une plaque transparente (en verre ou autre substance transparente) est placée à quelques centimètres de cet absorbeur et parallèlement à celui-ci.Le rayonnement solaire passe à travers le vitrage transparent et est partiellement absorbé par l'absorbeur dont la transparence a été réglée en fixant une certaine consigne à la tension électrique existant entre les électrodes du condensateur formant l'absorbeur.Cette-tension électrique est fournie par un système annexe programmable ou pouvant varier manuellement. Un fluide caloporteur (gaz ou liquide) circule entre l'absorbeur et la vitre transparente.Les calories données par l'absorbeur sont ainsi véhiculées grâce à un ensemble de systèmes annexes.On obtient ainsi un capteur solaire thermique dont l'absorbeur laisse passer un flux lumineux variable selon la tension de consigne appliquée entre les électrodes de l'absorbeur. Dans une autre version de la présente invention, l'absorbeur (formé par le condensateur à diélectrique mésomorphe) est placé entre deux plaques transparentes (verre ou plastique) et le fluide caloporteur circule entre l'absorbeur et la vitre arrière (par rapport à la direction d'arrivée de la lumière). Ainsi, la vitre avant joue le rôle traditionnel d'isolation par rapport au milieu extérieur. Dans une autre version, deux vitres peuvent être placées devant l'absorbeur (par rapport à l'arrivée de la lumière) et le fluide caloporteur circule entre l'absorbeur et le premier vitrage situé parallèlement à ce dernier.Le second vitrage joue également un rôle d'isolant vis-à-vis des pertes thermiques par rayonnement et convection. De nombreuses autres modalités de circulation du fluide caloporteur peuvent être envisagées mais ne changent en rien le principe du capteur.Par exemple, I'absorbeur peut comporter un système de tubes transparents, soudés sur l'absorbeur ou formés par un procédé quelconque sur une ou sur les deux faces de l'absorbeur. Le fluide caloporteur circule alors dans ces tubes ainsi que cela se pratique habituellement pour de nombreux capteurs traditionnels. Diverses modalités de conception de l'absorbeur peuvent être mises en oeuvre sans pour autant constituer une modification fondamentale de l'invention.Ainsi les couches métalliques semi-transparentes servant d'électrodes peuvent être formées d'une couche continue ou comportant des espaces non métallisés. Par exemple, ces électrodes peuvent être formées de bandes métalliques en couche, séparées entre elles par des bandes non recouvertes de métal, I'ensemble des bandes formant une électrode étant reliées entre elles électriquement par un dépôt métallique.Tout autre forme de dépôt des couches métalliques formant les électrodes, sous forme régulière ou non, constitue un des aspects annexes de l'invention. Divers mélanges, judicieusement choisis, de substances nématiques ou cholestériques peuvent être utilisés comme diélectrique en vue d'obtenir une absorption sélective de certaines longueurs d'onde de la lumière. Dans une autre version de l'invention, une ou plusieurs des plaques transparentes intervenant dans la fabrication d'un capteur décrit précédemment (ces plaques pouvant constituer soit l'absorbeur, soit les autres vitrages, soit les deux simultanément), peuvent comporter des substances incorporées dans le matériau transparent et donnant une variation de la densité optique de ce matériau lui-même en fonction de l'intensité lumineuse, ainsi que cela se pratique pour les verres de lunettes à opacité variable en fonction de la luminosité à laquelle ils sont soumis.Ce matériau sensible à la lumière constituerait de préférence l'absorbeur et peut être combiné, simultainément ou non, avec la technique précé dey ment décrite et utilisant une modulation lumineuse par variation de tension électrique.L'emploi du seul matériau sensible à la lumière, en qualité d'absorbeur, est également une forme de l'invention tout en présentant l'inconvénient de ne pas constituer un système à densité optique modulable à volonté Les modalités de mise en oeuvre de ces capteurs à transparence variable constituent également une partie de la présente invention.Ainsi, les serres peuvent être réalisées de diverses manières en utilisant le système à transparence variable faisant l'objet du présent brevet.Les serres étant elles-mêmes des capteurs solaires particuliers, une modalité de la présente invention consiste à fabriquer une serre à l'aide d'une couverture à transparence variable formée par le seul absorbeur (condensateur avec diélectrique à l'étatrP;esomorphe, avec ou sans matériau sensible directement à la lumière);I'ensemble du bâtiment ainsi réalisé constitue alors le capteur proprement dit Dans une autre version, la couverture de la serre est réalisée par l'un des types de capteurs décrit précé dey ment et comportant un fluide caloporteur, gaz ou liquide.Ces modalités concernent autant les serres horticoles et maraîchères que les serres d'agrément, accolées ou non à un bâtiment quelconque. Dans une autre modalité de mise en oeuvre, le capteur proprement dit peut être formé par une baie vitrée, ou une ouverture quelconque transparente, d'un bâtimentde quelque nature qu'il soit.On sait en effet que toute ouverture transparente dans un bâtiment peut être considérée comme un capteur solaire. Cette baie, mobile ou non, peut comporter un cadre maintenant en place soit un simple absorbeur (formé par un condensateur à diélectrique mésomorphe, comportant ou non un matériau directement sensible à la lumière) en guise de vitrage, soit un type de capteurs précédemment décrit et utilisant un fluide caloporteur formé d'un gaz ou d'un liquide. REVENDICATIONS I-Dispositif permettant d'absorber une fraction de l'énergie lumineuse reçue sur sa surface,l'autre fraction de la lumière traversant le dispositif, et de véhiculer l'énergie absorbée, caractérisé par le fait qu'il comporte un système absorbeur formé par un condensateur électrique semi-transparent dont le diélectrique est un film d'une substance à l'état mésomorphe et dont les électrodes sont soumises à une tension électrique que l'on peut faire varier à volonté. 2-Dispositf selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'absorbeur est un condensateur formé par de minces couches métalliques, déposées sur des plaques transparentes et pouvant présenter une géométrie quelconque. 3-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le diélectrique est un film placé entre les électrodes et constitué de substances nématiques, cholestériques ou de mélanges nématiques-cholestériques. 4-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'absorbeur est assemblé avec une ou plusieurs plaques transparentes afin de former un capteur solaire thermique comportant un fluide caloporteur, gazeux ou liquide. 5-Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le fluide caloporteur circule entre l'une des faces de l'absorbeur et l'une des plaques transparentes situées parallèlement à l'absorbeur. 6-Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les plaques transpa rentes constituant le capteur, y compris les plaques de l'absorbeur, peuvent être formées d'un matériau dont la densité optique varie en fonction de l'intensité lumineuse reçue par ces plaques. 7-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le capteur solaire forme la couverture d'une serre, I'absorbeur pouvant éventuellement être utilisé seul comme couverture transparente de la serre. 8-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le capteur est intégré dans un chassis de matériau quelconque, constituant une fenêtre, une baie transparente ou une ouverture quelconque permettant l'entrée de la lumière, d'un bâtiment quelconque.Le chassis peut être mobile ou non. L'absorbeur supporté par le chassis peut être utilisé seul. 9-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le capteur est intégré dans un chassis de matériau quelconque et constitue une ouverture laissant passer la lumière dans un volume plus ou moins fermé, d'une utilisation quelconque. L'absorbeur supporté par le chassis peut éventuellement être utilisé seul. 10-Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le diélectrique peut être formé d'un mélange de substances nématiques ou cholestériques permettant d'obtenir une absorption sélective vis-à-vis de certaines longueurs d'onde de la lumière.