Brevet FR2719856A1 — publié le 19951117

DISPOSITIF DE DECLENCHEMENT D'AVALANCHE L'invention est relative à un dispositif de déclenchement d'avalanche par éjection à grande vitesse d'un courant gazeux, accompagné d'une onde acoustique hyper puissante, en direction du plan neigeux pour déstabiliser la couche de neige et déclencher l'avalanche. Un dispositif connu du genre mentionné utilise le souffle provoqué par l'explosion canalisée d'un mélange combustible comme le propane avec un oxydant tel que l'oxygène, l'explosion étant amorcée par une décharge électrique. L'explosion est provoquée à l'intérieur d'une cuve rigide, fixée à demeure au sol et ayant un orifice d'éjection des gaz d'explosion. L'action combinée du souffle sur la masse neigeuse et du choc exercé par la cuve sur le sol, déclenche l'avalanche. L'appareil est lourd et coûteux et nécessite une station d'alimentation en gaz avec des valves, dont le bon fonctionnement peut être entravé par la neige ou la glace. L'approvisionnement périodique en gaz, notamment par des bouteilles, pose de sérieux problèmes lorsque ces appareils sont disposés au sommet de la montagne, en des zones difficilement accessibles. La présente invention a pour but de permettre la réalisation d'un dispositif de déclenchement d'avalanche, particulièrement simple et fiable. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe cylindrique métallique obturée à ses extrémités par des fonds, une paire d'électrodes disposées axialement à l'intérieur de l'enveloppe, dont l'une des électrodes est portée par l'un des fonds et présente un canal axial, faisant communiquer l'espace interne de l'enveloppe avec l'extérieur et dont l'autre électrode est espacée en direction du fond opposé, un condensateur relié par un circuit électrique de décharge à la paire d'électrodes pour alimenter un arc électrique tiré entre les électrodes, lequel circuit est agencé de façon que le courant de décharge engendre un champ magnétique de stabilisation radiale de l'arc,tout en le comprimant et un dispositif d'amorçage de cet arc électrique. Lors de la décharge électrique du condensateur, laquelle est extrêmement rapide et de l'ordre de la microseconde, l'arc électrique, tiré entre les deux électrodes, est confiné par le champ magnétique engendré par le courant de décharge et soumis à une pression magnétique proportionnelle au carré du courant de décharge. Le gaz, contenu dans cette zone confinée, est fortement échauffé par l'action de l'arc et la pression importante, qui en résulte, exerce une force élevée sur les électrodes en engendrant une onde sonore et une éjection avec violence du gaz à travers le canal de l'électrode. A titre indicatif on peut préciser que la température des gaz peut atteindre 20 000 degrés K et la vitesse 5 km/s. Cet écoulement rapide assure un couplage acoustique correct entre l'électrode et l'air ainsi que la transmission de l'onde sonore au milieu aérien. La longueur d'onde est faible, ce qui enrichit d'autant le nombre d'oscillations transmises au milieu aérien et au plan neigeux et accentue l'effet directif en sortie de tuyère. Selon un développement de l'invention l'enveloppe cylindrique appartient au circuit de décharge du condensateur et l'ensemble est agencé de manière que la portion de l'enveloppe, qui entoure la zone d'arc, est parcourue par le courant de décharge dans un sens opposé à celui du courant dans l'arc. Ce courant dans l'enveloppe engendre un champ magnétique de centrage et de stabilisation de l'arc et une pression magnétique enserrant la zone d'arc. Le canal de l'électrode fait communiquer la zone d'arc avec l'extérieur et ce canal est profilé en tuyère conique, divergente vers l'extérieur, à travers laquelle le gaz s'échappe. Le demi angle à la sortie de la tuyère est inférieur à 15, et par exemple voisin de 11 . Comme la vitesse du gaz éjecté est grande et que le nombre de Reynolds est dépassé, le régime d'écoulement du gaz est tourbillonnaire, ce qui favorise les échanges thermiques entre le gaz à température élevée et la tuyère. Le gradient de vitesse sur la paroi interne de la tuyère est sensiblement augmenté par rapport à un écoulement laminaire et conséquemment la température surfacique du métal de la tuyère devient très élevée. Cette température élevée provoque une vaporisation métallique, accompagnée d'une oxydation avec l'oxygène moléculaire et atomique présent dans le gaz sous forme de plasma. La réaction exothermique d'oxydation fournit une énergie supplémentaire, qui s'ajoute à celle de la décharge électrique et peut devenir la source principale de l'énergie utile. Pour amplifier cet effet bénéfique la surface interne de la tuyère est avantageusement rayée, comme celle d'un canon avec un profil hélicoïdal, afin de perturber encore plus le régime tourbillonnaire. Au fur et à mesure de la propagation du plasma avec l'onde sonore, qui est en retard, compte tenu des différences de vitesse, le plasma pousse une onde thermique, qui sera d'autant plus chaude que la réaction exothermique est puissante. Lorsque la tuyère est dégradée elle est simplement remplacée. L'électrode en forme de tuyère est préférentiellement en métal oxydant pour bénéficier de la réaction exothermique. L'embout du côté de l'arc est en métal réfractaire pour limiter l'érosion engendrée au niveau de la racine de l'arc. Selon un développement de l'invention la partie intérieure de l'enveloppe, appelée chambre réactionnelle, présente un orifice d'injection d'un gaz, lequel est neutre, si l'on veut protéger l'enveloppe ou un gaz oxydant ou comburant si l'on recherche un effet accru de soufflage, grâce à la réaction exothermique. Ou encore c'est l'air extérieur qui pénètre dans la chambre après la première explosion et ce gaz est utilisé pour l'explosion suivante. L'enveloppe intérieure de la chambre réactionnelle est par exemple en cuivre, revêtu d'un autre métal, si nécessaire, afin que cette chambre présente des caractéristiques propres à modifier le régime de décharge. Les liaisons sont préférentiellement réalisées par soudage afin d'obtenir des liaisons rigides dans le temps Comme l'effet directionnel du souffle acousto-gazeux n'est pas critique, mais capable d'être maîtrisé partiellement, une autre version est réalisable. Elle consiste à réaliser une décharge électrique au régime critique, c'est à dire sans rebondissement ou si peu. Il en résulte: une utilisation de la tension à sa valeur nominale Vn, au lieu de Vn/2, par exemple, ce qui procure à l'explosion une puissance crête multipliée par quatre; une durée de vie des condensateurs considérablement accrue; une augmentation sensiblement accrue de la puissance crête, car le taux de rebondissement ne joue plus. ( En effet si ce taux est de 5 % grossièrement, l'énergie libérée est de 10 %, car l'énergie est fonction du carré de la tension. ) Alors qu'avec une impulsion unique toute l'énergie est utilisée une seule fois. En finale le gain en puissance est de l'ordre de 40. Pour rendre le régime de décharge apériodique, la surface intérieure de la chambre est traitée mécaniquement, car il faut augmenter sa résistance électrique pelliculaire. Deux actions sont menées, en l'occurrence l'exécution d'un pas hélicoïdal et le dépôt d'une couche de cobalt pour diminuer l'épaisseur de la coque de la conduction électrique, ce qui a pour effet d'augmenter la résistance d'amortissement, tout en contribuant à l'échauffement du gaz contenu dans la chambre, ce qui est le but recherché. Ces traitements améliorent le rendement de l'opération. Les dimensions de l'appareil sont liées au volume du condensateur ainsi que ceux de l'enveloppe et du cornet acousto-gazeux, l'ensemble dépendant de l'énergie stockée. A titre d'exemple et compte tenu que ce sont essentiellement le condensateur et le cornet acoustique qui fournissent le dimensionnement, la longueur peut être de 1,5 mètres et la largeur ou le diamètre de 0,5. L'appareil, relativement peu encombrant et peu lourd, peut être installé à demeure, sans toutefois exiger un couplage étroit avec le rocher ou par contre être mobile et simplement amarré, selon la pente du site à protéger. Dans un mode de mise en oeuvre préférentiel le condensateur de forme cylindrique est incorporé à l'enveloppe, en étant intercalé entre le fond opposé à la tuyère et l'électrode pleine. Ce condensateur bobiné de puissance possède une enveloppe métallique coaxiale, la borne centrale recevant l'électrode inerte et l'enveloppe coaxiale recevant la chambre réactionnelle. La capacité du condensateur peut être de quelques microfarads à plus de cent et sa tension de charge de quelques dizaines de kilovolts, mais ces valeurs sont bien entendu adaptées au type d'appareil. L'écartement des électrodes, montées fixes, est suffisant pour tenir cette tension et éviter tout amorçage intempestif. L'amorçage est réalisé par une électrode auxiliaire, disposée dans l'enveloppe à proximité de l'une des électrodes et recevant une impulsion haute tension, qui engendre une décharge sous forme d'étincelle et une ionisation du gaz dans l'enveloppe qui amorce l'arc électrique. Le condensateur peut également être disposé à l'extérieur de l'enveloppe, par exemple coaxialement dans le prolongement de la chambre réactionnelle, et dans ce cas comporter plusieurs condensateurs connectés en parallèle. Après décharge du condensateur, celuici doit être rechargé pour une nouvelle opération et cette recharge nécessite une source d'alimentation électrique, qui selon le type d'appareil et les conditions d'installation et d'utilisation, peut être une pile ou un accumulateur, disposé à proximité ou dans le cas d'alimentation de plusieurs appareils, dans un local technique relié par des câbles aux différents appareils. Cette source peut etre également une génératrice actionnée manuellement ou par un moteur, par exemple thermique, ou simplement le réseau électrique. L'émetteur de l'impulsion haute tension d'amorçage de l'arc peut être d'un type quelconque,notamment à télécommande. L'amorçage peut être engendré d'une manière différente, notamment par un rapprochement des électrodes ou par une surtension fugitive. En période de fonctionnement du déclencheur d'avalanche le condensateur est chargé en permanence en restant par exemple connecté à la source d'alimentation et l'appareil est toujours prêt à l'emploi. Afin de ne pas fatiguer le condensateur on peut également, de préférence, concevoir un système de charge du condensateur juste avant l'opération de soufflage du plan neigeux, auquel cas l'amorçage peut être automatique lorsque la tension de charge franchit un seuil prédéterminé. Le dispositif de déclenchement d'avalanche selon l'invention, ne comporte aucune pièce mobile, susceptible de s'user ou de se bloquer et sa structure est simple et robuste. Le circuit électrique est fermé et un rayonnement électromagnétique extérieur est ainsi exclu. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de différents modes de mise en oeuvre de l'invention donnés à titre d'exemple et représentés aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un dispositif selon l'invention; les figures 2 et 3 sont des vues analogues à celle de la figure 1 illustrant deux variantes de réalisation. Sur les figures une enveloppe cylindrique 10 est obturée à ses extrémités par des fonds 11,12. L'enveloppe 10 est en un métal bon conducteur, par exemple en cuivre et les fonds 11,12 sont soudés à l'enveloppe 10 pour réduire les pertes ohmiques. L'un 11 des fonds présente un orifice central prolongé par un embout 13 de fixation d'une électrode 14 en forme de tuyère 15 coaxiale à l'axe X-X de l'enveloppe 10 et faisant communiquer l'espace interne 16 de l'enveloppe avec le milieu extérieur. L'électrode 14 est en un matériau métallique, par exemple en aluminium, dont la réaction chimique d'oxydation est fortement exothermique. La tuyère 15 présente un profil standard avec une entrée convergente 17, faisant un angle avec l'axe X-X, par exemple inférieur à 21 et une sortie divergente 18 à angle inférieur à 15, par exemple voisin de 11. La surface interne de la tuyère 15 présente des aspérités 19, notamment une rainure hélicoïdale, qui perturbe l'écoulement dans la tuyère 15 et favorise ainsi le transfert de calories de cet écoulement vers la tuyère 15. L'extrémité de l'électrode 14, du côté de l'enveloppe 10, est réalisée en un matériau réfractaire, résistant à l'action d'un arc électrique 20. Un condensateur 21 en forme de bloc cylindrique est logé à faible jeu dans l'enveloppe 10, en étant accolé au fond plein 12. La partie restante de l'enveloppe 10 constitue une chambre réactionnelle en communication avec le milieu ambiant par la tuyère 15. Le condensateur 21 porte sur chacune de ses faces frontales une borne 22,23 ayant un alésage taraudé. La borne 22 est vissée sur un goujon fileté 24 solidaire du fond 12 et la borne opposée 23 porte une électrode pleine 25, dont l'extrémité est vissée dans l'alésage associé. Cette électrode 25 est également en cuivre avec un embout en un matériau réfractaire. Les électrodes 14,25 sont disposées fixes sur l'axe X-X, en étant espacées d'une distance suffisante à la tenue de la tension de charge du condensateur 21, qui leur est appliquée par le circuit électrique constitué par les fonds 11,12 et l'enveloppe 10. Une traversée 27, étanche et isolante de l'enveloppe 10 porte une électrode auxiliaire 26, dont l'extrémité interne à l'enveloppe 10 est disposée à proximité de l'électrode tuyère 14 et dont l'extrémité externe est conformée en borne de connexion 28. Une autre traversée 29 permet le passage d'un conducteur 30 de liaison entre l'électrode pleine 25 et une borne externe 31 de charge du condensateur 21. L'enveloppe 10 comporte un orifice 32 de raccordement d'un conduit 33 d'amenée d'un gaz. Pour rendre la décharge électrique en régime critique, s'il y a lieu, la surface intérieure de l'enveloppe 10 et la surface extérieure de l'électrode 25, ceux-ci sont recouverts d'un matériau ferromagnétique, notamment en fer, nickel ou cobalt, à point de Curie élevé. Une source d'énergie électrique 34 est raccordée par un câble 35 à la borne 31 de charge du condensateur et à une borne 36 de l'enveloppe 10 pour charger le condensateur 21. Cette source 34 peut être un groupe électrogène placé dans un local technique, commun à plusieurs appareils. La tension de charge du condensateur 21 est par exemple de 20 kilovolts et insuffisante pour provoquer une décharge entre les deux électrodes 14,25. Un émetteur 37 d'impulsions à haute tension est raccordé à la borne 28 de l'électrode auxiliaire 26 et à l'enveloppe 10. Le dispositif de déclenchement d'avalanche fonctionne de la manière suivante: L'appareil, en l'occurrence l'enveloppe 10, est fixé au sol en orientant la tuyère 15 vers le plan neigeux à déstabiliser. On charge le condensateur 21 par la source d'énergie 34 et le cas échéant on introduit dans l'enveloppe 10 par l'orifice 32 un gaz approprié. L'appareil est alors prêt à l'emploi et son fonctionnement peut être déclenché en actionnant l'émetteur haute tension 37 pour provoquer une décharge ou étincelle entre l'électrode auxiliaire 26 et l'électrode tuyère 14 et conséquemment une réduction de la rigidité diélectrique du gaz et un amorçage d'un arc 20 entre les deux électrodes 14,25. La décharge du condensateur 21 est extrêmement rapide et l'arc 20 est centré et confiné par l'action du courant de décharge qui parcourt l'enveloppe 10 en direction opposée. L'énergie de l'arc chauffe la colonne confinée de gaz, intercalée entre les deux électrodes 14,25 et l'augmentation rapide de la pression de cette colonne engendre un choc violent sur les électrodes et une expulsion rapide du gaz chaud par la tuyère 15. L'écoulement tourbillonnaire dans la tuyère 15, accru par les aspérités 19, provoque un échauffement important de la surface de la tuyère, accompagné d'une vaporisation et d'une oxydation avec une libération d'une énergie additionnelle, qui est transmise à l'écoulement gazeux. L'action du souffle violent de gaz chaud et de l'onde acoustique, qui l'accompagne, sur le plan neigeux déclenche l'avalanche. Les figures 2 et 3 illustrent des variantes de réalisation et les mêmes numéros de référence désignent des éléments identiques ou analogues à ceux de la figure 1. Sur la figure 2 plusieurs blocs condensateurs 21, connectés électriquement en parallèle, sont disposés à l'extérieur de l'enveloppe 10, dont la longueur est ainsi raccourcie. L'électrode 14 en forme de tuyère 15 constitue le fond associé 11 de l'enveloppe 10, tandis que l'électrode opposée 25 de forme tubulaire est portée par une traversée isolante 38 du fond opposé 12 de l'enveloppe 10. Une électrode auxiliaire 39 est constituée par une tige, qui s'étend à l'intérieur de l'électrode tubulaire 25 en étant électriquement isolée de cette dernière par un enrobage 40 remplissant le tube ou des isolateurs échelonnés le long du tube. L'électrode auxiliaire 39 fait saillie des deux côtés de l'électrode tubulaire 25, pour constituer à l'extérieur une borne de connexion 31 et à l'intérieur une électrode d'amorçage d'une décharge ou étincelle entre l'électrode auxiliaire et l'électrode tubulaire 25 adjacente. L'émetteur d'impulsions à haute tension 37 est raccordé à l'électrode auxiliaire 39 et à l'électrode tubulaire 25. La source d'alimentation électrique 34 est connectée aux bornes des condensateurs 21. Le fonctionnement est le même et il est inutile de le rappeler. Dans la variante selon la figure 3 la chambre réactionnelle 16 est disposée coaxialement dans le prolongement du condensateur 21, sensiblement de même diamètre extérieur, la borne centrale du condensateur portant l'électrode pleine 25 et l'enveloppe 10 de la chambre réactionnelle avec sa tuyère 15 étant fixée au boîtier du condensateur 21. Cet appareil est particulièrement simple. L'invention est bien entendu nullement limitée aux modes de mise en oeuvre plus particulièrement décrits en référence aux dessins et elle s'étend à toute variante restant dans le cadre des équivalences. REVENDICATIONS 1. Dispositif de déclenchement d'avalanche par éjection à grande vitesse d'un courant gazeux, accompagné d'une onde acoustique hyper puissante, en direction du plan neigeux pour déstabiliser la couche de neige et déclencher l'avalanche, caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe cylindrique métallique (10) obturée à ses extrémités par des fonds (11,12), une paire d'électrodes (14,25) disposées axialement à l'intérieur de l'enveloppe, dont l'une (14) des électrodes est portée par l'un (11) des fonds et présente un canal axial (15), faisant communiquer l'espace interne (16) de l'enveloppe (10) avec l'extérieur et dont l'autre électrode (25) est espacée en direction du fond opposé (12), un condensateur (21) relié par un circuit électrique de décharge à la paire d'électrodes (14,25) pour alimenter un arc électrique (20) tiré entre les électrodes, lequel circuit est agencé de façon que le courant de décharge engendre un champ magnétique de stabilisation radiale de l'arc, tout en le comprimant et un dispositif (26,37) d'amorçage de cet arc électrique. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de décharge du condensateur (21) comprend une portion cylindrique de l'enveloppe (10), qui est en un métal bon conducteur, qui entoure la zone d'arc et qui est traversée par un courant de décharge de direction opposée à celui de 1 'arc. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le canal axial ménagé dans l'électrode (14) est agencé en tuyère (15) conique à faible angle de divergence à la sortie (18) vers l'extérieur, notamment inférieur à 15. 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le condensateur (21) de forme cylindrique est logé à l'intérieur de l'enveloppe (10) en occupant tout l'espace entre ledit fond opposé (12) et ladite autre électrode (25) et que les deux faces frontales du condensateur sont agencées en bornes (22,23), dont l'une (22) accolée audit fond opposé (12) est connectée à ce dernier et dont l'autre (23) porte ladite autre électrode (25). 5. Dispositif selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que les deux électrodes (14,2D) sont montées fixes dans ladite enveloppe (10) avec un écartement déterminé en fonction de la tension de charge du condensateur (21) et de la rigidité diélectrique du gaz remplissant l'enveloppe, de façon à éviter tout amorçage intempestif. 6. Dispositif selon la revendication D, caractérisé en ce qu'il comporte une électrode auxiliaire (26), logée dans l'enveloppe (10) à proximité d'une électrode associée (14) de ladite paire d'électrodes et que ledit dispositif d'amorçage applique entre l'électrode auxiliaire (26) et l'électrode associée (14) une impulsion à haute tension, suffisante pour engendrer une étincelle d'amorçage de l'arc. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enveloppe (10) comporte un orifice (32) d'introduction d'un gaz neutre, oxydant ou comburant ou de l'air atmosphérique. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'électrode (14) à canal axial est réalisée en un matériau, qui engendre une énergie importante lors de son oxydation au contact des gaz éjectés à haute température sous l'action de l'arc et que la surface interne du canal est rayée (19) pour accroître la turbulence de l'écoulement. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une source d'alimentation électrique (34) pour charger le condensateur (21), laquelle source est individuelle ou commune à plusieurs appareils et que cette source est disposée à proximité de ces appareils, auxquels elle est reliée par des câbles électriques (35). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la décharge crée un train d'ondes à effet directif en sortie du canal de l'électrode (14) en forme de tuyère (15), la durée de la décharge étant de l'ordre de la microseconde ou la décharge étant au régime critique et la tuyère à profil convergent et que l'effet directif est adapté à la distance entre l'extrémité de la tuyère et le point d'impact sur le plan neigeux.