Brevet FR2725338A1 — publié le 19960405

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour récupérer l'énergie de la foudre afin de pouvoir en disposer d'une façon pratiquement utilisable. Un coup de foudre transporte en moyenne vingt coulombs sous une diffé- rence de potentiel de l'ordre de 100 à 2CO mégavolts. Un orage d'une heure, en admettant un éclair toutes les dix secondes, peut libérer ainsi environ 700 gigajoules ou plus. ti est oc intéressant de pouvoir recueillir, même partiellement, une telle énergie. De nombreux procédés de récupération de l'énergie libérée par un orage ont été imaginés mais la brutalité d'un coup de foudre enzraine malheureusement la destruction rapide des dispositifs imaginés. En particulier il parait irréaliste de charger des accumulateurs avec la foudre. Le procédé objet de l'invention permet de surmonter les difficultés précédentes. I1 comporte en effet selon une premiere caractéristique, un ou plusieurs paratonnerres, ce ou ces paratonnerres commnniquant avec un milieu conducteur constitué par un électrolyte associé à des particules isolantes séparant des particules conductrices à conduction électronique. Le passage du courant de la foudre dans le milieu conducteur considéré permet de transformer l'énergie électrique de la foudre en énergie chimique se prêtant aisément à des applications pratiques. Selon l'invention, un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé cidessus comporte l'emploi de l'eau salée ou de l'eau de mer comme électrolyte. Les particules isolantes sont des grains de sable. Les particules conductrices sont des grains de graphite. Le mélange d'veau salée, de sable et de graphite est contenu à l'intérieur d'une cheminée en maçonnerie isolante. Le ou les paratonnerres débouchent au sommet et au centre de la cheminée et sont connectés au milieu conducteur lequel, à la base de la cheminée, est relié à une prise de terre. Le passage du courant de la foudre provoque l'électrolyse de l'eau salée avec formation d'hydrogène au coté cathode des grains de graphite et formation d'hypochlorite de sodium sur leur côté anode.Les proportions de sable et de graphite considérées font que la majorité des grains de graphite ne sont pas en contact mutuel direct mais séparés par les grains de sable. Selon des modes particuliers de réalisation : - les grains conducteurs sont constitués par de l'oxyde de fer magnétique Fen04 ou de la limaille de fer ou de la poudre d'aluminium ou par tout autre matériau à conduction électronique. - l'électrolyte est constitué par une solution aqueuse de sulfate de sodium ou de carbonate de potassium ou d'acide acétique ou par tout mélan ge d'acides, bases ou sels susceptible de libérer de l'hydrogène à la cathode. - les grains isolants sont constitués par de l'alumine, ou de la magnésie ou tout produit isolant chimiquement inerte vis à vis des produits résul tant de lélectrolyse. La durée d'un coup de foudre étant de l'ordre de 0,C01 seconde, la profondeur de pénétration due à l'effet de peau lou Kelvin) peut, pour le sable salé, être estimée à 20 t'. mètres environ ce qui est tout à fait conve- nable pour une cheminée dont le diamètre est inférieur à cette valeur. Dans un autre mode de réalisation le milieu conducteur est formé de briquettes poreuses d'alumine contenant des grains conducteurs de noir au four, une variété conductrice de carbone dont les grains peuvent avoir un diamètre aussi petit que 35 manomètres. L'alumine peut être obtenue sous forme de grains dont le diamètre est inférieur à 50 nanomètres. Ces briquettes sont imbibées d'eau de mer et la réduction de l'intervalle entre particules conductrices permet d'augmenter la production d'hydrogène tout en réduisant l'encombrement du dispositif. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente en coupe, le dispositif suivant l'invention. La figure 2 représente en coupe, une variante de ce dispositif. En référence à ces dessins, le dispositif comporte un paratonnerre (i) qui s'enfonce sur une longueur de 4 mètres au centre d'une cheminée (4) en mlaconnerie isolante. Cette chemine a un diamètre interne de w mètres et sa partie creuse (3) est remplie d'un mélange d'eau de mer (30 grammes de WaCl par litre, à titre indicatif), de sable et de graphite. le dia mètre moyen des grains de sable et des grains de graphite vaut 0,2 millimètre. Le volume de sable employé est sept fois supérieur au volume du graphite. Pour 1 m3 de mélange sable plus graphite on utilise environ nr 2 d'eau de mer.La distance moyenne des grains de graphite est 0,4 millimètre et ils sont dans l'ensemble séparés les uns des autres par les grains de sable. La hauteur AB de la cjeminée vaut 55 mètres. La base de la cheminée communique avec une prise de terre (5). Les dorées numé riques sont fournies à titre d'exemples non limitatifs. Pour un trajet vertical de 50 mètres une ligne de courant traverse en moyenne 50/0,0004 soit 125000 grains de graphite qui se comportent, du fait de leur isolement mutuel, comme autant d'électrodes indépendantes. De plus1e graphite, beaucoup plus conducteur que l'eau salée, canalise les lignes de courant.Ainsi un éclair de 20 coulombs libère (20x1 25000/96500)x22,a/2 = 290 litres d'hydrogène ce qui correspond à 104 m3 d'hydrogène à l'heure en admettant un coup de foudre toutes les dix secondes L'hydrogène s accumule dans un réservoir (2) surmontant la cheminée (4) et il peut être pompé à partir de ce réservoir à l'aide d'un dispositif non représenté. L'eau de mer est introduite par la vanne (6) et l'électrolyte enrichi des produits dégagés aux anodes est extrait par la vanne (7). Selon une variante non illustrée, le mélange de sable, de graphite et d'eau salée est placé dans un tube horizontal cylindrique en matière plastique de 2 mètres de diamètre et de 400 mètres de longueur. Ce tube est partiellement rempli de façon à laisser un espace libre de 15 centimètres environ entre la génératrice supérieure du cylindre et la surface libre du mélange, espace où l'hydrogène peut s'accumuler. Le paratonnerre est placé à une extrémité du tube, la prise de terre à l'autre extrémité distante de 400 mètres. Le tube repose sur le sol dont il est séparé par une couche isolante telle que du bitume. Ce dispositif permet d'augmenter la production d'hydrogène par un facteur huit, ce qui correspond à 832 d'hydrogène par heure. Dans la forme de réalisation selon la figure 2, le ou les paratonnerres (t) sont en communication électrique avec une armature cylindrique en métal ou en métal recouvert de graphite (8) de hauteur CD = 30 mètres et de 30 mètres de diamètre. L'armature métallique interne (9) est reliée à la prise de terre (5); cette armature a une hauteur EF = 20 mètres, un diamètre FG = 10 mètres et elle comprend également un dôme hémisphérique (10-) de même diamètre.Le réservoir (2) est destiné à recueillir l'hydro- génie. Les armatures (8), (9) et (io) sont isolés du sol par un socle (11) en maçonnerie L'intervalle entre l'armature (8) et les armatures (9) et (10) est rempli jusqu'au niveau tH par des briquettes poreuses formées de grains d'alumine et de noir au four ayant le même diamètre soit 0,2 micromètre. A titre d'exemple non limitatif ces briquettes ont pour dimensions Ox30x5 cm et elles sont percées au centre du carré par un trou de 5 ma de diamètre facilitant l'évacuation de l'hydrogène. Les briquettes sont imbibées d'eau salée contenant 150 grammes de chlorure de sodium par litre. Le volume d'alumine utilisé pour la confection des briquettes est dix fois supérieur au volume du noir au four. La plupart dés grains de noir au four sont ainsi isolés les uns des autres par les grains d'alumine et ces grains conducteurs se comportent comme autant d'électrodes indépendante8. La distance moyenne séparant les grains de noir au four vaut 0,444 micromètre. Sur un trajet de 10 mètres une ligne de courant traverse 6 ainsi 22,5x10 électrodes. Un coup de foudre de 20 coulombs libère alors 6 (22,5x10 x20/96;0c)x22,4/2 = 52 00 litres d'hydrogène soit 18 720 my en une heure avec un coup de foudre toute les dix secondes. La différence de potentiel moyenne entre deux grains de noir au four consécutifs est de l'ordre de 6,6 volts pour un éclair de 150 millions de volts ce qui est plus que suffisant pour provoquer l'électrolyse du chlorure de sodium. On remarquera que l'ensemble des armatures t8), (9), (10) se comporte comme un condensateur à fuites qui restitue l'énergie électrique directement inutilisable de la foudre sous forme d'énergie chimique. Le procédé et le dispositif selon l'invention sont particulièrement destinés à produire de l'hydrogène dont la combustion dans un moteur thermique ou une pile à combustible peut produire de l'énergie électrique utilisable. Les produits chimiques produits aux anodes tels que l'eau de Javel sont également susceptibles d'applications pratiques. .EEYENDICATIOFS 1) Procédé pour récupérer l'énergie de la foudre caractérisé par le fait que un ou plusieurs paratonnerres (1) acheminent la foudre à une prise de terre (5) par l'intérmédiaire d'un électrolyte, cet électrolyte contenant une altitude de grains conducteurs agissant à la fois comme cathode et comme anode, cet électrolyte contenant également des grains isolants assurant la séparation des grains conducteurs les uns des autres, le cheminement du courant d'un grain conducteur à un autre par l'intermédiaire de l'électrolyte permettant ainsi une augmentation des effets de 1' électrolyse et la récupération de l'anergie électrique de la foudre sous forme d'énergie chimique. 2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'électrolyte est une substance susceptible de dégager de l'hydrogène comme 1' eau salée ou l'eau de mer. 3) Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que les grains conducteurs sont des grains de graphite et les grains isolants des grains de sable. 4) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'électrolyte est une solution aqueuse contenant des acides, bases ou sels susceptibles de libérer de l'hydrogène, les grains conducteurs étant du noir au four, de l'oxyde magnétique Fe O ou toute 34 poudre à conduction électronique, ces grains conducteurs étant mélangés à tous grains isolants susceptibles de les séparer. 5) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'urne quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'électrolyte, les grains isolants et les grains conducteurs sont placés à l'intérieur (3) d' une cheminée verticale (4) construite en matériaux isolants, le ou les paratonnerres 6) Dispositif selon la revendication (5) caractérisé en ce que la cheminée est surmontée par une chambre (2) jouant le role de réservoir destiné à recevoir l'hydrogène produit par l'électrolyse. T) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'élelectrolyte, les grains conducteurs, les grains isolants sont placés entre les armatures d'un condensateur à fuites, une des armatures étant reliée à la prise de terre et l'autre aux paratonnerres.