Brevet FR2783310A1 — publié le 20000317

CANON A NEIGE La présente invention concerne les canons à neige pour la production de neige artificielle par pulvérisation d'un mélange d'air et d'eau. Le développement des sports d'hiver a fait naître, depuis quelques années, le besoin de produire de la neige artificielle pour charger ou recharger les pistes de ski pendant les périodes d'enneigement insuffisant. Jusqu'à ce jour, on a développé trois familles principales de canons à neige pour la production de neige artificielle. Selon la première famille, on dispose à hauteur suffisante au-dessus du sol, en bout d'une perche, au moins une buse de pulvérisation d'air et une buse adjacente de pulvérisation d'eau. L'air et l'eau se mélangent dans l'atmosphère et forment de fines gouttelettes qui se transforment en neige avant d'atteindre le sol. Selon la seconde famille, des buses de pulvérisation d'eau projettent de fines gouttelettes dans un flux d'air produit par un ventilateur. Selon la troisième famille, un canon bifluide comporte une chambre de mélange dans laquelle on pulvérise de l'air et de l'eau, et le mélange sort de la chambre de mélange par un orifice de sortie. Cette troisième famille est par exemple illustrée par le document EP 0 018 280. Dans un tel canon bifluide, un corps creux comprend une chambre de mélange limitée par une paroi périphérique coaxiale et communiquant avec l'extérieur par un orifice de sortie axial. Des moyens d'admission d'air injectent de l'air comprimé dans la chambre de mélange. Des moyens d'admission d'eau injectent de l'eau sous pression dans la chambre de mélange. La chambre de mélange est un tube allongé, de section nettement inférieure à la section des canalisations d'amenée d'air et d'amenée d'eau. Les dispositifs de la première famille, assurant une pulvérisation en hauteur au bout d'une perche, ont besoin d'une pression d'air d'entrée de 8 à 10 X 105 Pa, et d'une pression d'eau d'au moins 16 à 20 X 105 Pa. La pulvérisation en hauteur conduit souvent à disperser la neige hors de la surface de piste à recharger, en cas de vent, même faible. La structure d'appui nécessaire pour tenir la perche conduit à une installation unitaire dont le poids est généralement supérieur à 100 kilogrammes. Les dispositifs à canon ventilateur de la seconde famille peuvent débiter de 400 à 800 litres d'eau par minute pour un poids d'installation unitaire de 400 à 1000 kilogrammes. Ces dispositifs ont besoin en outre d'une pression d'eau d'entrée comprise entre 16 et 20 X l0os Pa environ, ainsi que d'un raccordement électrique de à 50 kilowatts. Il est donc nécessaire de prévoir des câbles d'alimentation coûteux pour amener l'énergie jusque sur le site de production de neige. Les canons bifluide du type de celui du document EP 0 018 280 ont également besoin d'une pression d'eau importante, supérieure à 10 X 105 Pa. La pression d'air d'entrée doit être de l'ordre de 8 X 105 Pa. Ainsi, tous ces dispositifs connus nécessitent une infrastructure importante, le plus souvent une station de pompage avec des pressions importantes au départ pour garantir une pression de 8 à 16 X 105 Pa au sommet des pistes. Les canalisations dans lesquelles s'écoulent les fluides doivent tenir des pressions de plus de 40 X 105 Pa en moyenne, ce qui les rend lourdes et onéreuses à l'achat et à la mise en place. Les canons eux-mêmes sont également lourds et encombrants, difficiles à transporter le long des pistes accidentées de ski. Les dispositifs de production d'air comprimé pouvant atteindre les pressions nécessaires pour les canons actuellement utilisés sont relativement onéreux, car les pressions sont supérieures à celles des compresseurs polyvalents généralement utilisés sur les chantiers de construction pour l'alimentation des marteau-piqueurs. Il y a donc un besoin permanent pour un dispositif de production de neige artificielle qui puisse fonctionner avec des pressions réduites d'air et d'eau, et qui soit d'un poids et d'un encombrement réduits pour faciliter son transport jusque sur les zones de production de neige le long des pistes de ski. Le problème proposé par la présente invention est donc de concevoir une nouvelle structure de canon à neige permettant de produire une neige de bonne qualité à partir d'une pression plus faible d'air et d'eau à l'entrée, de façon à se satisfaire d'une infrastructure plus légère de production d'air et d'eau sous pression, et de façon à utiliser des canalisations de transport d'air et d'eau plus légères et moins onéreuses. L'invention résulte de l'observation surprenante selon laquelle on peut produire de la neige artificielle à partir de pressions plus faibles d'air et d'eau grâce à une forme particulière de chambre de mélange d'air et d'eau sous pression, de diamètre plus important, dans laquelle on crée un maximum de turbulences tout en subissant une perte de charge réduite, et on fait sortir le mélange par un orifice annulaire. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un canon à neige pour la production de neige artificielle par pulvérisation de mélange d'air et d'eau, comprenant un corps creux ayant une chambre de mélange orientée selon un axe longitudinal, limitée par une paroi périphérique latérale et communiquant avec l'extérieur par un orifice de sortie frontal, ayant des moyens d'admission d'air pour injecter de l'air comprimé dans la chambre de mélange, et ayant des moyens d'admission d'eau pour injecter de l'eau sous pression dans la chambre de mélange; selon l'invention: - la chambre de mélange présente une section transversale supérieure à celle de l'orifice de sortie, et se raccorde audit orifice de sortie par un rétrécissement, - les moyens d'admission d'eau sont conformés pour injecter l'eau sous pression en un ou plusieurs jets en zone périphérique de la chambre de mélange le long de la paroi périphérique et selon un mouvement rotatif autour de l'axe longitudinal de la chambre de mélange, - les moyens d'admission d'air sont conformés pour injecter l'air comprimé dans la zone centrale de chambre de mélange selon un ou plusieurs jets dirigés obliquement vers la paroi périphérique, de sorte que le ou les jets d'air comprimé pénètrent le ou les flux d'eau rotatifs dans la chambre de mélange, - l'orifice de sortie est de forme annulaire, autour d'un noyau central. Grâce à une telle structure de chambre de mélange, le canon bifluide selon l'invention peut être compact et léger, selon un poids de 2 à 3 kilogrammes, qui se déplace facilement. Un tel canon est capable de fonctionner selon des débits variables en fonction de la section d'orifice de sortie, et avec des pressions d'entrée d'eau de l'ordre de 4 X 105 Pa et une pression d'air de l'ordre de celle produite par les compresseurs habituels de chantier pour alimentation de marteau-piqueurs. Dans certaines conditions, on peut faire de la neige avec une pression d'eau d'entrée pouvant descendre jusque vers 3 X 105 Pa. La pression d'air comprimé est légèrement supérieure à celle de l'eau. Grâce à la forme annulaire de l'orifice de sortie, le mélange d'air et d'eau sort par l'orifice sous forme tubulaire et en rotation, et il pousse l'air extérieur vers l'avant en induisant une dépression centrale qui favorise l'entrée de courants d'air extérieur en direction du centre. Cela favorise vraisemblablement le morcellement des gouttelettes et provoque un meilleur échange thermique avec l'air extérieur et les gouttelettes. Le mélange se refroidit plus vite et gèle rapidement avant de toucher le sol. Egalement, comme le mélange change de pression entre la chambre de mélange et l'extérieur, l'air se détend rapidement et sépare les parties d'eau qui lui sont proches. Cela favorise vraisemblablement la formation de flocons de neige. Selon un mode de réalisation, les moyens d'admission d'eau comprennent une pluralité de canaux hélicoïdaux répartis en périphérie autour de l'axe longitudinal. Les canaux hélicoidaux peuvent se raccorder, en amont, à une chambre annulaire de distribution d'eau communiquant avec une entrée d'eau périphérique. Selon un mode de réalisation, les moyens d'admission d'air peuvent comprendre une pluralité de canaux d'air. Les canaux d'air peuvent par exemple être divergents pour diriger l'air obliquement vers la paroi périphérique. En pratique, les canaux d'air peuvent communiquer avec la chambre de mélange par des orifices d'injection répartis selon une couronne sur laquelle vient en appui une plaque de réglage percée d'une série annulaire de trous traversants, la plaque de réglage pouvant être pivotée autour de l'axe longitudinal entre une position d'ouverture complète dans laquelle chaque orifice de sortie de canal d'air est en regard d'un trou traversant de la plaque de réglage, et des positions d'obturation partielle dans lesquelles la plaque de réglage est légèrement pivotée autour de l'axe longitudinal pour décaler au moins partiellement les trous de plaque par rapport aux orifices de sortie des canaux d'air. Cela permet de créer des turbulences d'air pénétrant dans la chambre de mélange, et de régler également le débit d'air. En effet, dans certains cas, il est utile de pouvoir diminuer le débit d'air qui arrive dans la chambre de mélange pour réduire les risques de gel à la sortie de la chambre. De préférence, l'orifice de sortie est limité intérieurement par le noyau central et est limité extérieurement par une lèvre annulaire radiale interne. Selon un mode de réalisation avantageux, le noyau central est allongé longitudinalement et est réglable en position longitudinale le long de l'axe longitudinal, et sa section transversale est variable longitudinalement. On peut ainsi régler dans une certaine mesure le diamètre du jet de mélange à quelques centimètres de la sortie, pour s'adapter aux conditions extérieures d'hygrométrie et de température pour optimiser la qualité de la neige, et pour régler la distance de tir. Dans ce cas, selon une possibilité, le noyau central peut comporter en outre plusieurs nervures annulaires radiales externes, de diamètres différents, séparées par un tronçon tronconique. En alternative, le noyau central peut avantageusement être conique, permettant un réglage continu de la section de l'orifice de sortie. Une fonction supplémentaire du noyau central peut être obtenue en prévoyant un noyau central sous forme d'un écrou réversible engagé par vissage et bloqué sélectivement en position axiale sur une tige filetée axiale du corps. Par un même noyau central, on peut ainsi modifier sensiblement la forme de l'orifice de sortie. Plus la section de l'orifice de sortie est grande, plus le débit possible sera élevé pour une pression donnée de fluides à l'entrée. Suivant la forme du passage entre la chambre de mélange et la sortie, il est possible de créer une vitesse moyenne de sortie des masses d'air et d'eau, de forme divergente ou convergente, et d'adapter ainsi la pulvérisation pour la formation optimisée de neige et le réglage de la distance de tir. Pour une forme d'orifice de sortie donnée, il est naturellement possible de modifier le débit par variation de la pression de fluides à l'entrée. Egalement, pour une pression à l'entrée donnée, on peut choisir la forme d'orifice de sortie la plus adaptée pour fabriquer une neige de qualité en fonction des conditions extérieures d'hygrométrie et de température. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles: - la figure 1 est une vue de côté en coupe longitudinale d'une structure de canon à neige selon un mode de réalisation de la présente invention; - la figure 2 est une vue en bout du canon à neige de la figure 1; - la figure 3 est une vue d'avant en coupe selon le plan A-A de la figure 1; et - la figure 4 est une vue de dessus en coupe horizontale partielle selon le plan B-B de la figure 1. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures, un canon à neige selon l'invention comprend un corps creux 1 allongé, par exemple généralement cylindrique, ayant une chambre de mélange 2 limitée par une paroi périphérique coaxiale 3 et communiquant avec l'extérieur par un orifice de sortie 4 frontal. Le corps creux 1 se développe généralement selon un axe longitudinal I-I, la paroi périphérique 3 est cylindrique de révolution et coaxiale autour de l'axe longitudinal I-I, et l'orifice de sortie 4 est disposé symétriquement selon l'axe longitudinal I-I. On pourra toutefois, sans perte importante d'efficacité, prévoir un orifice de sortie 4 décentré par rapport à l'axe I-I, non symétrique, et prévoir une chambre de mélange 2 qui n'est pas de révolution. La chambre de mélange 2 présente une section transversale supérieure à celle de l'orifice de sortie 4, et se raccorde audit orifice de sortie 4 par un rétrécissement 5, par exemple un rétrécissement tronconique tel qu'illustré sur la figure 1. Dans la chambre de mélange 2, l'eau est introduite par des moyens d'admission d'eau comprenant une pluralité de canaux hélicoïdaux tels que les canaux 6, 7, 8, 9 et 10, répartis régulièrement en périphérie autour de l'axe longitudinal I-I. Ainsi, les canaux 6-10 constituant les moyens d'admission d'eau sous pression sont conformés pour injecter l'eau sous pression en zone périphérique de la chambre de mélange 2 le long de la paroi périphérique 3 et selon un mouvement rotatif autour de l'axe longitudinal I-I de la chambre de mélange 2. Par exemple, les canaux 6-10 sont constitués de rainures périphériques hélicoïdales réparties en pourtour d'une pièce cylindrique centrale formant une paroi transversale intermédiaire 21 et engagée dans un tube formant la paroi périphérique 3. L'air comprimé est introduit dans la chambre de mélange 2 par des moyens d'admission d'air comprenant une pluralité de canaux d'air tels que les canaux 11, 12, 13, 14, 15 et 16, répartis dans la zone centrale du corps creux 1 autour de l'axe longitudinal I-I. Par exemple, comme illustré sur la figure 1, les canaux d'air 11-16 sont divergents et font avec l'axe longitudinal I-I un angle d'environ 15 degrés, s'éloignant progressivement de l'axe longitudinal I-I à mesure qu'ils se rapprochent de la chambre de mélange 2. Ainsi, les moyens d'admission d'air constitués par les canaux d'air 11- 16 divergents sont conformés pour injecter l'air comprimé dans la zone centrale de chambre de mélange 2 selon plusieurs jets dirigés obliquement vers la paroi périphérique 3. De la sorte, les jets d'air comprimé pénètrent le ou les flux d'eau rotatifs dans la chambre de mélange 2. En amont, les canaux hélicoidaux 6-10 d'admission d'eau se raccordent à une chambre annulaire de distribution d'eau 17, limitée extérieurement par une paroi cylindrique extérieure 18 prolongeant vers l'arrière la paroi périphérique 3 de la chambre de mélange 2, et limitée intérieurement par une paroi cylindrique intérieure 19. La paroi cylindrique intérieure 19 se raccorde à la paroi cylindrique extérieure 18 vers l'amont par une couronne 20 postérieure, et vers l'aval par la paroi transversale intermédiaire 21 comportant les canaux hélicoïdaux 6- 10 et les canaux divergents 11-16. Sur la figure 4, les parois cylindriques extérieures 3 et 18 sont coupées selon le plan B-B de la figure 1, alors que la paroi transversale intermédiaire 21 n'est pas coupée pour laisser apparaître, selon sa périphérie, les canaux hélicoidaux tels que les canaux hélicoïdaux 6 et 8. En amont, les canaux d'air 11-16 se raccordent à une tubulure axiale d'amenée d'air 22, limitée extérieurement par la paroi cylindrique intérieure 19. La tubulure axiale d'amenée d'air 22 communique avec une entrée d'air centrale 23, tandis que la chambre annulaire de distribution d'eau 17 communique avec une entrée d'eau périphérique 24. Comme on le voit notamment sur la figure 3, les canaux d'air 11-16 communiquent avec la chambre de mélange 2 par des orifices d'injection répartis selon une couronne coaxiale sur la face frontale aval de la paroi transversale intermédiaire 21. Selon un mode de réalisation tel qu'illustré sur la figure 1, une plaque de réglage 25, percée d'une série annulaire de trous traversants, vient en appui contre la couronne coaxiale de la paroi transversale intermédiaire 21. La plaque de réglage 25 peut être pivotée autour de l'axe longitudinal I-I entre une position d'ouverture complète dans laquelle chaque orifice de sortie de canal d'air 11-16 est en regard d'un trou traversant sensiblement de même section de la plaque de réglage 25, et des positions d'obturation partielle dans lesquelles la plaque de réglage 25 est légèrement pivotée autour de l'axe longitudinal I-I pour décaler au moins partiellement les trous de plaque par rapport aux orifices de sortie des canaux d'air 11-16. La plaque de réglage 25 permet ainsi à la fois de créer des turbulences dans l'air pénétrant dans la chambre de mélange 2, et de régler le débit d'air. Comme on le voit sur les figures 1 et 2, l'orifice de sortie 4 est de forme annulaire, autour d'un noyau central 26. Dans le mode de réalisation illustré, le noyau central 26, engagé dans l'orifice de sortie 4, comprend une première nervure annulaire radiale externe 27, et une seconde nervure annulaire radiale externe 28 de diamètre supérieur à celui de la première nervure annulaire radiale externe 27 dont elle est séparée par un tronçon tronconique 29. Le noyau central 26 est de préférence réglable en position longitudinale le long de l'axe longitudinal I-I. Par exemple, comme illustré sur la figure 1, le noyau central 26 est sous forme d'un écrou réversible engagé par vissage et bloqué sélectivement en position axiale sur une tige filetée 30 axiale du corps 1. Par exemple, la tige 30 axiale est vissée dans un alésage axial 31 taraudé de la paroi transversale intermédiaire 21. Par vissage plus ou moins important du noyau central 26 sur la tige axiale 30 filetée, on règle la position longitudinale du noyau central 26 par rapport à une lèvre annulaire radiale interne 32 du corps 1 qui limite extérieurement l'orifice de sortie 4. Ainsi, l'orifice de sortie 4 est limité extérieurement par la lèvre annulaire radiale interne 32 du corps 1, et intérieurement par le noyau central 26. Selon la position du noyau central 26 le long de l'axe longitudinal I-I, on peut ainsi modifier la forme de l'orifice de sortie 4. Par exemple, dans la position illustrée sur la figure 1, l'orifice de sortie 4 est sensiblement limité par la lèvre annulaire radiale interne 32 et par la première nervure annulaire radiale externe 27 du noyau central 26. Si l'on retourne le noyau central 26, on peut réaliser un orifice de sortie 4 de plus faible section, limité par la lèvre annulaire radiale interne 32 et par la seconde nervure annulaire radiale externe 28 du noyau central 26. Dans la réalisation illustrée sur la figure 1, la tige axiale 30 sert également pour tenir la plaque de réglage 25: la tige 30 traverse un trou central de la plaque de réglage 25, et la plaque de réglage 25 est maintenue plaquée contre la paroi transversale intermédiaire 21 par un écrou de serrage 33 vissé sur la tige axiale 30. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. Il REVENDICATIONS 1 - Canon à neige pour la production de neige artificielle par pulvérisation de mélange d'air et d'eau, comprenant un corps creux (1) ayant une chambre de mélange (2) orientée selon un axe longitudinal I- I, limitée par une paroi périphérique (3) latérale et communiquant avec l'extérieur par un orifice de sortie (4) frontal, ayant des moyens d'admission d'air pour injecter de l'air comprimé dans la chambre de mélange (2), et ayant des moyens d'admission d'eau pour injecter de l'eau sous pression dans la chambre de mélange (2), caractérisé en ce que: - la chambre de mélange (2) présente une section transversale supérieure à celle de l'orifice de sortie (4), et se raccorde audit orifice de sortie (4) par un rétrécissement (5), - les moyens d'admission d'eau (6-10) sont conformés pour injecter l'eau sous pression en un ou plusieurs jets en zone périphérique de la chambre de mélange (2) le long de la paroi périphérique (3) et selon un mouvement rotatif autour de l'axe longitudinal (I-I) de la chambre de mélange (2), - les moyens d'admission d'air (11-16) sont conformés pour injecter l'air comprimé dans la zone centrale de chambre de mélange (2) selon un ou plusieurs jets dirigés obliquement vers la paroi périphérique (3), de sorte que le ou les jets d'air comprimé pénètrent le ou les flux d'eau rotatifs dans la chambre de mélange (2), - l'orifice de sortie (4) est de forme annulaire, autour d'un noyau central (26). 2 - Canon à neige selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'admission d'eau (6-10) comprennent une pluralité de canaux hélicoïdaux (6-10) répartis en périphérie autour de l'axe longitudinal (I-I). 3 - Canon à neige selon la revendication 2, caractérisé en ce que les canaux hélicoïdaux (6-10) se raccordent, en amont, à une chambre annulaire de distribution d'eau (17) communiquant avec une entrée d'eau périphérique (24). 4 - Canon à neige selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens d'admission d'air comprennent une pluralité de canaux d'air (11-16) répartis dans la zone centrale du corps creux (1) autour de l'axe longitudinal (I-I). - Canon à neige selon la revendication 4, caractérisé en ce que les canaux d'air (11-16) se raccordent, en amont, à une tubulure axiale d'amenée d'air (22) communiquant avec une entrée d'air centrale (23). 6 - Canon à neige selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les canaux d'air (11-16) communiquent avec la chambre de mélange (2) par des orifices d'injection répartis selon une couronne sur laquelle vient en appui une plaque de réglage (25) percée d'une série annulaire de trous traversants, la plaque de réglage (25) pouvant être pivotée autour de l'axe longitudinal (I- I) entre une position d'ouverture complète dans laquelle chaque orifice de sortie de canal d'air (11-16) est en regard d'un trou traversant de la plaque de réglage (25), et des positions d'obturation partielle dans lesquelles la plaque de réglage (25) est légèrement pivotée autour de l'axe longitudinal (I-I) pour décaler au moins partiellement les trous de plaque par rapport aux orifices de sortie des canaux d'air (11-16). 7 - Canon à neige selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'orifice de sortie (4) est limité intérieurement par le noyau central (26) et est limité extérieurement par une lèvre annulaire radiale interne (32). 8 - Canon à neige selon la revendication 7, caractérisé en ce que le noyau central (26) est allongé longitudinalement et est réglable en position longitudinale le long de l'axe longitudinal (I-I), et sa section transversale est variable longitudinalement. 9 - Canon à neige selon la revendication 8, caractérisé en ce que le noyau central (26) comporte en outre plusieurs nervures annulaires radiales externes (27, 28), de diamètres différents, séparées par un tronçon tronconique (29). - Canon à neige selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le noyau central (26) est un écrou réversible engagé par vissage et bloqué sélectivement en position axiale sur une tige filetée (30) axiale du corps (1).