Brevet FR2758099A1 — publié le 19980710

I DISPOSITIF POUR LE DRAINAGE DES AIMOSPHERES URBAINES POLLUEES La présente invention concerne un dispositif pour le drainage des atmosphères urbaines polluées, pendant des périodes anticycloniques et/ou avec inversion thermique, dans lesquelles on atteint les plus grands taux de pollution, afin de réduire sensiblement ces indices. L'invention apporte une avance substantielle sur les techniques utilisées jusque maintenant pour réduire ou contrôler la pollution atmosphérique, lesquelles sont aujourd'hui dirigées presque exclusivement au contrôle des sources polluantes, tel que les pots d'échappement des moteurs d'explosion moyennant des catalyseurs ou bien pour les fumées industrielles moyennant des traitements physico- chimiques de ceux-ci, ce qui réduit la quantité des polluants émis par jour dans une zone urbaine déterminée. Toutes ces techniques de contrôle de pollution atmosphérique présupposent un régime de ventilation naturelle par les brises et les vents sur la zone urbaine, suffisantes pour assurer que la quantité des polluants dégagés définitivement chaque jour de la zone, soit plus grande ou au moins similaire, à la quantité produite ce même jour. Néanmoins cela n'est pas le cas dans des périodes de plusieurs jours avec des atmosphères totalement ou presque totalement stables ou, plus spécifiquement, dans les périodes dans lesquelles, par le phénomène connu comme inversion thermique, ne se produise pas cette substitution d'air contaminé par l'air propre ou beaucoup moins contaminé, avec un bilan de pollution non croissante ou accumulative le long de plusieurs jours. Dans ces périodes, la quantité de pollution émise lors d'une journée dans l'air urbain s'accumule à celles des jours précédents, en arrivant à atteindre des indices très élevés de pollution, malgré l'application de mesures de contrôles des sources d'émission ou autres spécialement renforcées, tel que les prohibitions de circuler pour les automobiles, réduction des chauffages ou des procès industriels. Le problème peut devenir si grave qu'il peut arriver à paralyser l'activité d'une zone urbaine avec les énormes coûts économiques que cela signifie, et ce qui 2 2758099 est pire, avec le préjudice que pendant des jours on nuit à la santé en attendant un changement météorologique qui entraîne un régime de vents capable de ventiler la ?zone. C'est justement en ce moment du processus, c'est-à-dire dans la ventilation d'une zone avec atmosphère bloquée par l'inversion thermique, que l'invention ici décrite s'applique. Pendant ce phénomène d'inversion, la température de l'atmosphère, laquelle diminue progressivement avec la hauteur, arrive à un niveau déterminé, qui varie selon les conditions météorologiques et géographiques, à un changement ou inversion de cette diminution, se produisant à partir de ce niveau une augmentation progressive, jusqu'à ce qu'à une certaine hauteur supérieure se rétablisse la décroissance thermique avec l'augmentation de la hauteur. Le graphique de températures en fonction de la hauteur sur le sol présente un "z " caractéristique de ce phénomène d'inversion thermique justement sur les couches dans lesquelles se trouve la plus grande concentration de poiluants, puisque ces couches agissent avec la température croissante comme de vrais couvercles sur toute la masse d'air situé entre elles et la ville. Dans les analyses de pollution des villes en fonction de la hauteur de l'atmosphère pendant ces périodes anticycloniques et d'inversion thermique, on a constaté que, dans les heures entre minuit et l'aube, se produit une couche de très forte concentration de polluants à une hauteur déterminée, lesquels sont dispersés vers le sol dans les premières heures du jour, par effet des courants de convection provoqués par l'insolation. Cette couche hyperpolluée a une épaisseur de quelques dizaines de mètres et se situe normalement entre 100 et 500 mètres au-dessus du sol, en fonction des conditions météorologiques. Le dispositif de drainage selon l'invention consiste justement en des propulseurs d'air, tels que compresseurs, turbines, hélices ou autres, qui prennent l'air hyperpollué de cette couche et le lancent vers le haut, quelques centaines de mètres au-dessus de la couche d'inversion, brisant littéralement le couvercle atmosphérique qui empêche la dispersion des polluants. Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif pour le drainage des ahnosphères urbaines polluées, caractérisé par le fait qu'il comporte un ou plusieurs propulseurs d'air tels que compresseurs, turbines, hélices ou autres, avec leur prise d'air située intérieurcmcnt ou latéralcment et avec sa bouche d'expulsion orientée vers le haut, fixés à un support capable de glisser verticalement sur une structure ou tour de grande hauteur (plus de 100 m) pour être immobilisés dans la couche d'air hyperpolluée qui se forme sur quelques zones urbaines dans les périodes anticycloniques et/ou avec inversion thermique, de manière à aspirer l'air hyperpollué de cette couche et à le projeter vers le haut à une grande hauteur pour atteindre les zones atmosphériques naturellement ventilées. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - le support des propulseurs d'air est dans une autre réalisation fixé à demeure sur la tour, et la tour est montée verticalement déplaçable en tout ou en partie, moyennant un agencement télescopique, pliable sur elle-même ou placée dans un silo fixé au sol; - le dispositif comporte des écrans et amortisseurs afin de réduire la nuisance acoustique produite par les propulseurs d'air; - le dispositif comporte plusieurs propulseurs ayant des vitesses variables de façon que les jets de vitesse plus élevée soient entourés par ceux de vitesse plus basse avec une configuration turboventilateur afin de réduire l'impact sonore et atteindre des plus grandes hauteurs d'expulsion des polluants; - le dispositif comporte incorporés à la tour ou au module mobile de support des propulseurs, des systèmes d'analyse de l'atmosphère à différentes hauteurs; - le dispositif comporte incorporés à la tour ou au module mobile de support des propulscurs, des systèmes de télécommunication ct/ou observatoires pour l'étude de la ville et/ou le contrôle du trafique aérien et/ou de la surface; - le dispositif comnporte incorporé au module mobile de support des propulseurs, des filtres ainsi que des chambres de traitement physico-chimique de la pollution susceptibles de retenir ou de traiter une partie de celle-ci pour l'éliminer définitivement. Les propulseurs d'air doivent ainsi se prévoir en numéro et puissance adéquates pour quc la hauteur du jet d'air atteigne aisément les couches normalement ventilées, très au-dessus des côtes d'inversion, ce qui garantit que les polluants dégagés ne soient pas à nouveau repris sous la couche d'inversion. Ces propulseurs d'air sont fixés moyennant un support sur une structure ou tour à la hauteur correspondante à la couche hyperpolluée à chaque moment, ce qui peut être obtenu soit par le déplacement vertical du support des propulseurs, solution la plus convenable économiquement dans la plupart des cas, soit par la variation de la hauteur de la tour de support, soit par la combinaison des deux dispositions. Les propulseurs prennent l'air dans la couche hyperpolluée pendant sa présence dans celle-ci pendant les heures qui précèdent l'aube et le projettent à grande vitesse vers le haut. Ceux-ci peuvent être actionnés électriquement ou moyennant des combustibles solides, liquides ou gazeux, voir même par hydrogène qui n'entraînerait pas de nouvelle pollution, en fonction de considérations économiques ou techniques, et sont pourvus de dispositifs de réduction du bruit et des vibrations telles que des écrans et amortisseurs. On peut rajouter aussi des filtres ou des chambres de traitement physico-chimique qui retiennent ou neutralisent la pollution afin de l'éliminer définitivement au plus possible. Etant donné la grande stabilité de la couche hyperpolluée, laquelle se comporte comme un fluide qui ne peut pas être mêlée aux couches inférieures et supérieures, le drainage de celle-ci est possible dans une grande extension sans que se produise un mélangc d'extraction avec les couches contiguës plus propres. La seule limitationm à son fonctionnement efficace est la présence de cette couche, raison pour laquelle normalement les propulseurs se situeront dans la position de fonctionnement et seront actionnés chaque jour entre minuit et l'aube. Le nombre de propulseurs par tour, leur puissance unitaire, ainsi que le numéro total de tours à établir dans une zone urbaine dépendront de multiples facteurs entre lesquels on peut souligner: la quantité d'air hyperpolluée qu'on décidera de dégager en fonction des objectifs sanitaires qui seront fixés et les moyens dont on dispose, la position et l'épaisseur plus fréquent de la couche à drainer, la configuration urbaine, la distribution de la pollution, et en général d'autres conditions qui devront être analysées préalablement pour chaque ville. Comme simple référence et pour donner une idée de l'efficacité du système, unc seulc tour avec unc capacité d'évacuation totale de 50.000. 000 m3/h, est capable, en fonctionnant 8 heures par nuit, d'évacuer définitivement d'une zone urbaine de km2 (la taille de celle de Barcelone) la pollution totale de la zone produite en 3 heures, c'est- à-dire environ 4,5 tonnes métriques de polluants. D s'agirait d'une tour pourvue de 12 turbines du même genre que celles entrainant un gros- porteur 747, c'est-à-dire qu'une telle tour correspondrait à 3 avions de ce type. Cela donne une efficacité très considérable car avec seulement ces diminutions on garantit ne jamais dépasser, avec les émissions actuelles, les limites maximales établies. De la même manière, on pourrait maintenir un degré stable de basse pollution dans les périodes d'inversion thermique. Les villes qui à présent s'étouffent littéralement dans leur propre pollution à cause de leur situation géographique et de leur niveau de développement, pourraient maintenir des niveaux similaires à ceux d'autres villes qui jouissent d'une ventilation naturelle beaucoup plus favorable. De ces références découle clairement l'importance ainsi que les limites d'application de l'invention. En particulier, serait extraordinairement convenable la disposition de ces tours dans les villes de grande densité, entourées de montagnes qui limitent la ventilation naturelle, et dans lesquelles les conditions météorologiques produisent des fréquentes périodes prolongées d'inversion thennrmique. Il est prévisible que les exigences d'environnement d'une population chaque fois plus sensiblc à la conservation de son entourage vital, étendent le champ d'application de cette invention au-delà des situations limites évoquées, afin d'obtenir d'importantes améliorations de la qualité de l'air. Pour faciliter l'explication, à la présente description est annexée une feuille de dessins dans laquelle on a représenté, à titre d'exemple illustratif non limitatif, différentes configurations des dispositifs pour le drainage des atmosphères urbaines polluées comportant des nombres variables dc propulseurs d'air, dans ce cas des turbines. Dans ces dessins: - la figure 1 montre une coupe verticale de l'atmosphère sur une ville, dans laquelle on a situé le dispositif revendiqué, dans des conditions d'inversion thermique, et dans laquelle on peut voir le fonctionnement de l'invention; - la figure 2 montre un détail schématique de l'agencement des propulseurs dans la couchc hyperpolluéc; - la figure 3 illustre un détail de la précédente figure 2, dans lequel on souligne la forme de positionnement et l'action des propulseurs qui sont fixés à un support avec écran acoustique, ainsi que filtre et chambre de traitement de la pollution, et qui peut glisser verticalement sur la tour, laquelle peut à son tour être fixe ou mobile verticalement; - la figure 4 montre une autre forme d'agencement des propulseurs, quand ceux-ci sont en nombre variable supérieur à un. Cornmme il ressort de cette feuille de dessins, le graphique qui apparaît dans la figure 1 représente la coupe par un plan vertical d'une ville 1 et selon des différentes hauteurs 2, la position de la couche hyperpolluée 3, la ligne 4 en forme de " z " étant le graphique typique des températures de l'atmosphère, lesquelles baissent à mesure qu'on augmente la hauteur au-dessus du solt à l'exception de la zone connue comme d'inversion thermique dans laquelle, au contraire, elles augmentent en créant un effet de barrière horizontale du flux vertical de l'air, ce qui produit l'accumulation sous l'inversion des polluants émis vers le sol. Dans la ville est situé le dispositif de drainage 5 qui correspond à l'objet de l'invention et qui est placé sur une tour 6. Ici est représenté le cas d'un support 7 des propulseurs 8 glissant verticalement sur la tour fixe, laquelle à son tour peut également être mobile verticalement moyennant une réalisation télescopique ou pliable sur elle-même ou coulissante sur une gaine ou silo fixé au sol, tout cela afrin de situer les propulseurs dans la couche hyperpolluée indépendamment de la hauteur à laquelle celle-ci se trouve, en fonction des conditions météorologiques, et dans la plage des hauteurs atteignables par la tour. Cette hauteur sera déterminée pour chaque ville par des études préalables. Dans la zone correspondante à la couche hyperpolluée 3, on place les propulseurs 8, qui peuvent être unitaires, tels qu'ils apparaissent dans la figure 3 ou bien, comme il est possible de voir sur la figure 4, doubles 10, quadruples 11, sextuples 12 ou dans n'importe quel autre nombre ou disposition. L'air aspiré de la zone hyperpolluée 3 est lancé vers le haut à grande vitesse, de façon à atteindre des zones plus hautes de l'atmosphère 14 dans lesquelles existe une vitesse de vent suffisant pour transporter loin de la zone urbaine les polluants suspendus ou dilués dans le jet produit par ce dispositif, en obtenant un effet de dispersion de la pollution qui produit la ventilation naturelle de l'atmosphère urbaine quand elle n'est pas immobile sous des conditions anticycloniques et surtout avec la formation des inversions thermiques. Ajoutés à l'ensemble des propulseurs 8 ou à son support 7 on peut disposer avec avantage des écrans acoustiques 9 qui amortissent le son perceptible depuis le sol pour ne pas dépasser les indices légalement fixés, ou bien des filtres 15 ainsi que des chambres de traitement physico-chimique 16 de la pollution qui peuvent retenir ou traiter une partie de la pollution et l'éliminer définitivement. Dans le cas o l'on dispose de plusieurs propulseurs, il est avantageux de leur donner des différentes vitesses pour que ceux de vitesse plus élevée soient entourés de ceux de vitesse plus basse avec un effet turbovenfilateur qui augmente la portée et diminue l'impact sonore et la consommation. Les caractéristiques de détail du dessin des propulseurs d'air ainsi que leur support et même de la tour ne sont pas l'essence de l'invention qui est dans l'ensemble basée sur les propulseurs supportés par une tour ou structure suffisamment haute et résistante pour cette fonction et qui permette de les situer à des différentes hauteurs à convenance, soit moyennant le glissement vertical de leur support sur la tour, soit moyennant le mouvement vertical d'une partie ou de la tour entière, ou bien par la combinaison des deux mouvements qui permette d'escamoter la tour hors des périodes dans lesquelles le fonctionncment soit nécessaire. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour le drainage des atmosphères urbaines polluées, caractérisé par le fait qu'il comporte un ou plusieurs propulseurs d'air (8) tels que compresseurs, turbines, hélices ou autres, avec leur prise d'air située inférieurement ou latéralement et avec leur bouche d'expulsion orientée vers le haut, fixés à un support (7) capable de glisser verticalement par un mouvement relatif sur une structure ou tour (6) de grande hauteur pour être immobilisés dans la couche d'air hyperpolluée (3) qui se forme sur quelques zones urbaines, de manière à aspirer l'air hyperpollué de cette couche (3) et à le projeter vers le haut à grande hauteur pour atteindre les zones atmosphériques naturellement ventilées (14). 2. Dispositif pour le drainage des atmosphères urbaines polluées selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le support (7) des propulseurs d'air (8) est fixé à demeure sur la tour, et que la tour (6) est montée déplacçable en tout ou en partie, verticalement moyennant un agencement télescopique, pliable sur elle-même ou placée dans un silo fixé au sol. 3. Dispositif pour le drainage des atmosphères urbaines pollutées selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comporte des écrans (9) et amortisseurs afin de réduire la nuisance acoustique produite par les propulseurs d'air (8). 4. Dispositif pour le drainage des atmosphèrcs urbaines pollucées selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs propulseurs (8) ayant des vitesses variables de façon que les jets de vitesse plus élevée soient entourés par ceux de vitesse plus basse avec une configuration turboventilateur afin de réduire l'impact sonore et d'atteindre de plus grandes hauteurs d'expulsion des polluants. 5. Dispositif pour le drainage des atmosphères urbaines polluées selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte incorporés à la tour (6) ou au module mobile de support (7) des propulseurs (8), des systèmes d'analyse de l'atmosphère à différentes hauteurs. 6. Dispositif pour le drainage des atmosphères urbaines polluées selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte incorporés à la tour (6) ou au module mobile de support (7) des propulseurs, des systèmes dc télécommunication ct/ou observatoires pour l'étude de la ville et/ou le contrôle du trafique aérien et/ou de la surface. 7. Dispositif pour le drainage des atmosphères urbaines polluées selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte incorporé au module mobile de support (7) des propulseurs (8), des flitres ainsi que des chambres de traitement physico-chimique de la pollution susceptibles de retenir ou de traiter une partie de celle-ci pour l'éliminer définitivement.