Brevet FR2789161A1 — publié le 20000804

1; 2789161 PROCÉDÉ DE PRODUCTION DE NEIGE ARTIFICIELLE La présente invention concerne un procédé de production d'un substitut de neige susceptible d'être utilisé par exemple pour la confection et/ou l'entretien de pistes de ski. Elle concerne également l'installation pour la mise en oeuvre du procédé et les différents éléments qui entrent dans cette installation. La production de neige artificielle par des moyens classiques du type canon à neige, nécessite une température ambiante, sur site, nettement inférieure à 0 C. Pour surmonter cet inconvénient, il a déjà été proposé de recréer artificiellement des conditions neigeuses en pulvérisant de l'eau dans une enceinte appropriée à l'intérieur de laquelle toutes les conditions climatiques sont optimisées pour obtenir de la neige. Ce type d'installation est notamment décrit dans le document US-3 257 815. La présente invention propose un procédé qui permet de produire un substitut de neige c'est-à-dire un produit tiré de la glace et non d'une congélation de fines particules d'eau. Des substituts de neige obtenus à partir de glace sont également bien connus. Ainsi, dans le document EP-34930, la neige est obtenue par désagrégation d'une couche de glace qui se forme de façon continue par congélation de l'eau qui ruisselle sur des plaques métalliques situées en rive d'une piste de ski. Ce type d'installation nécessite comme pour les canons à neige, des conditions climatiques favorables et en particulier une température nettement inférieure à 0 C. La présente invention propose un procédé qui permet de produire dans des conditions relativement simples et efficaces, de grandes quantités d'une glace susceptible de constituer un substitut de neige. Le procédé conforme à l'invention consiste dans un premier temps, à refroidir par des moyens appropriés, de l'eau éventuellement additionnée d'un composant qui abaisse son point de congélation, de façon à préparer un produit liquide glacé dénommé glace liquide ou glace biphasique, constitué de fins cristaux de glace en suspension dans la phase liquide; ce médium froid 2 2789161 présente la propriété de pouvoir être pompé et transporté dans des canalisations. Le procédé consiste ensuite à éliminer la phase liquide de ce produit par une opération appropriée de drainage par exemple, afin d'isoler et de récupérer la phase solide qui se présente sous la forme de cristaux de glace, dont les propriétés et qualités sont telles que cette phase solide constitue un véritable substitut de neige utilisable sous différentes formes selon les besoins. Selon une première possibilité de l'invention, le procédé consiste à transporter le produit glacé sur site, par exemple sur une piste de ski, et à effectuer le drainage par simple gravité, sous forme de décantation après projection mécanique de la glace liquide par pompage par exemple. Ce transport peut s'effectuer en continu au moyen de conduites appropriées avec, éventuellement, récupération de la phase liquide résultant du drainage, par un réseau approprié en vue de recycler notamment le composant abaisseur du point de congélation. Selon une autre possibilité de l'invention le procédé consiste, d'une part, à alimenter sous pression, à partir de l'unité de production du produit glacé ou d'un réservoir de stockage, au moins une cuve dans laquelle la phase solide dudit produit glacé occupe naturellement la partie supérieure, s'agglomère en formant une sorte de bouchon de neige et est expulsée sous l'effet combiné de la pression d'alimentation et de la poussée d'Archimède, et, d'autre part, à effectuer le drainage par filtration dudit produit glacé directement à travers la paroi de ladite cuve dont une partie au moins est poreuse sur une portion qui s'étend de part et d'autre de la zone d'équilibre entre les phases liquide et solide. Ce drainage permet d'éliminer et d'évacuer la phase liquide, laquelle phase liquide est de préférence recyclée et complétée avec de l'eau pour compenser les pertes d'eau dues à la récupération de la phase solide. Toujours selon l'invention, le procédé permet également de maîtriser la qualité de la neige c'est-à-dire sa teneur en humidité. Le procédé consiste à récupérer la phase liquide drainée, dans une enceinte appropriée qui communique avec la cuve de séparation des phases et d'agglomération de la phase solide, et à régler le niveau de ladite phase liquide dans cette enceinte, par rapport à la zone d'équilibre entre lesdites phases liquide et solide. 3 2789161 Selon une autre disposition de l'invention, qui permet d'améliorer également la qualité de la neige, la phase solide est soumise à une opération complémentaire de séchage par une injection d'air comprimé préalablement refroidi, à travers la paroi de la cuve, au niveau du bouchon de neige. Selon une autre disposition de l'invention, dans le cas d'une utilisation d'un additif qui permet d'abaisser le point de congélation de l'eau, la phase solide est soumise à une opération de rinçage par une injection d'eau douce préalablement refroidie, au niveau de la zone d'équilibre et de préférence à travers la partie inférieure du bouchon de neige, pour récupérer l'additif en vue de son recyclage. Cette particularité permet d'une part de réduire la consommation de cet additif et de diminuer, voire supprimer, les risques de pollution pouvant découler du drainage de cet additif sur le site à enneiger par exemple. Selon une autre disposition de l'invention, le drainage de la phase solide peut également être amélioré par centrifugation. Ceci permet à la fois d'obtenir une " neige " plus sèche, et d'éliminer de manière plus poussée les additifs éventuellement utilisés dans le procédé de production de la glace biphasique. L'invention concerne également l'installation pour la mise en oeuvre du procédé détaillé précédemment. Cette installation comprend au moins un dispositif de production du produit liquide glacé dénommé glace liquide ou glace biphasique, et des moyens complémentaires pour réaliser le drainage, permettant d'isoler la phase solide dudit produit en vue de son exploitation par des moyens appropriés selon la destination. Toujours selon l'invention, le dispositif de production faisant partie de I'installation, comprend au moins - un bac contenant de l'eau avec, éventuellement, un additif permettant de diminuer son point de congélation, lequel bac comporte des moyens d'alimentation en eau et en additif éventuel ainsi que des moyens de vidange, - un générateur permettant de produire de la glace biphasique et - une pompe qui fait circuler l'eau et son additif entre le bac et le générateur puis, en sortie de ce dernier, par le biais d'une vanne trois voies par exemple, vers un ou plusieurs dispositifs de drainage ou en retour vers le bac pour réaliser un recyclage notamment lors de la mise en service dudit dispositif de production. 4 2789161 Le générateur de glace biphasique peut être constitué par un échangeur de chaleur et son groupe frigorifique, ou par une machine utilisant le procédé connu de production de glace sous vide au point triple de l'eau. Toujours selon l'invention, le dispositif de drainage et d'agglomération comprend une cuve alimentée sous pression à partir du générateur ou bien à partir d'un réservoir de stockage, laquelle cuve comporte au moins un drain situé au coeur du produit glacé, lequel drain comporte une portion poreuse, sur sa hauteur, en forme de grille par exemple constituée d'un treillis métallique, laquelle grille s'étend de part et d'autre du niveau de la zone d'équilibre entre la phase liquide et la phase solide dudit produit, permettant une séparation et une évacuation de ladite phase liquide. Toujours selon l'invention, la phase liquide est recueillie dans une enceinte qui forme, par exemple, une sorte de double paroi autour de la cuve de séparation et d'agglomération, laquelle enceinte renferme des moyens permettant d'ajuster le niveau de la phase liquide recueillie par rapport à la zone d'équilibre entre les phases solide et liquide de façon à régler le taux d'humidité de la phase solide. Toujours selon l'invention, la cuve du dispositif de drainage comporte, au niveau de la zone d'équilibre entre les phases liquide et solide, des moyens en forme de chambre périphérique, permettant de réaliser au travers de la paroi de ladite cuve, une injection d'eau froide pour rincer la phase solide en vue de récupérer le cas échéant l'additif abaisseur du point de congélation de l'eau. Selon une autre disposition de l'invention, la cuve du dispositif de drainage comprend une chambre périphérique qui permet de réaliser à travers la paroi de ladite cuve, toujours au niveau de la zone d'équilibre, une injection d'air comprimé froid dans la partie inférieure notamment, du bouchon de neige, afin de sécher ladite neige. L'installation selon l'invention comprend également un réseau de distribution de la glace liquide ou biphasique, interposé entre l'unité de production et selon le cas, des dispositifs de pulvérisation genre canons à neige ou turbines, ou des dispositifs de drainage et d'agglomération à partir desquels la neige peut être reprise et étalée selon les besoins. 2789161 Selon une autre disposition de l'invention, le réseau de distribution comporte un circuit retour pour recycler l'eau de drainage et/ou la phase liquide. L'invention sera encore détaillée à l'aide de la description suivante et des dessins annexés, donnés à titre indicatif et dans lesquels: - la figure 1 représente, de façon schématique, une installation selon l'invention comprenant, d'une part, une unité de production de glace liquide ou glace biphasique et, d'autre part, des moyens de drainage et de dispersion de la neige obtenue; - la figure 2 représente un dispositif de drainage et de séparation des deux phases, et d'agglomération de la phase solide; - la figure 3 représente un schéma de réseau d'utilisation comprenant des canons à neige et des dispositifs de drainage et d'agglomération; - la figure 4 représente une variante de la figure 1, au niveau des moyens de drainage. Comme représenté figure 1, on trouve un bac 1 dans lequel on introduit de l'eau au moyen du conduit 2 et, éventuellement, un additif 3 contenu dans un réservoir 4, contrôlé par une vanne 5. Cet additif du genre chlorure de sodium ou autre, permet d'abaisser le point de congélation de l'eau. Le bac 1 comporte également une possibilité de vidange. Ce bac 1 est relié au moyen du conduit 7 à une pompe 8 qui propulse le produit 10 contenu dans le bac 1 dans un générateur 11 de glace biphasique qui refroidit le produit initial 10, et/ou l'enrichit en phase solide, lequel produit retourne au moyen d'un conduit 12, vers le bac 1 après son passage dans une vanne trois voies 13 qui permet également d'envoyer le produit 10 vers une exploitation appropriée détaillée ci-après. Le générateur 11 peut se présenter sous la forme d'un échangeur de chaleur associé à un groupe frigorifique; il peut aussi s'agir d'une machine qui utilise le procédé de production de glace sous vide au point triple de l'eau. Dans un premier temps, le produit 10 circule en circuit fermé pour atteindre sa température optimale qui lui confère un état de glace liquide ou glace biphasique, c'est-à-dire une glace fluide pompable. 6 2789161 On remarque, toujours figure 1, un moteur 14 qui actionne un agitateur permettant de conserver une fluidité suffisante au produit 10 contenu dans le bac 1. Le contrôle du brassage permet d'optimiser la qualité de la glace biphasique à l'aspiration de la pompe. Le produit liquide glacé 10 peut être transporté par le biais de la conduite 16 en sortie de la vanne 13, vers un dispositif de drainage détaillé figure 2 ou vers un simple dispositif d'épandage qui permet ensuite un drainage par simple gravité sur site. Le dispositif de drainage 20, représenté figure 1, comporte un circuit retour 21 connecté au bac 1 qui permet de recycler une partie de l'eau refroidie et, éventuellement, de l'additif utilisé pour abaisser le point de congélation. La figure 2 représente un dispositif de drainage et d'agglomération de la phase solide du produit 10 qui est introduit par la conduite 16 dans une cuve 23 dont la partie supérieure est à la pression atmosphérique. Le produit 10 est introduit sous pression dans la cuve et on observe dans cette cuve une séparation de la phase liquide et de la phase solide constituée de cristaux de glace qui s'apparentent à de la neige. Une zone de séparation indiquée par le repère 26 s'établit naturellement entre les phases liquides et solides et c'est par rapport à cette zone que l'on positionne des éléments complémentaires associés à ce dispositif de drainage. Le premier élément complémentaire consiste en un drain 27. Ce drain se présente sous la forme d'un tube disposé de préférence au centre de la cuve 23, verticalement, et ce tube comporte une portion poreuse 29 qui s'étend de part et d'autre de la zone d'équilibre 26 et qui s'étend surtout au-dessus de cette zone. Cette portion poreuse est par exemple constituée d'une grille réalisée avec du fil métallique. En alternative, une même cuve 23 peut comporter plusieurs drains 27. Selon le même principe, le système peut également être inversé, par injection de la glace biphasique à l'intérieur du ou des cylindre(s) 27, à l'intérieur duquel ou desquels se produit la concentration de la phase solide, tandis que la phase liquide s'écoule vers l'extérieur. La phase solide 25 forme une sorte de bouchon à la partie supérieure de la cuve 23 et s'agglomère sous l'effet combiné de la pression du produit glacé introduit dans ladite cuve et de la poussée d'Archimède. La phase liquide tend 7 2789161 à s'évacuer par le drain 27, traversant la portion poreuse 29. Cette phase liquide drainée s'écoule par le drain 27 dans une enceinte 30 qui enveloppe la cuve 23. Cette enceinte 30 comporte à sa partie inférieure une tubulure d'évacuation 31 dont le débit peut être contrôlé au moyen d'une vanne 32. En effet, la phase liquide récupérée par drainage remplit partiellement l'enceinte et son niveau 33 peut être réglé comme indiqué par la flèche 34, au moyen de la vanne 32, pour modifier sensiblement le taux d'humidité dans la phase solide 25. Tel que représenté figure 2, la cuve 23 est doublée sur une portion de sa hauteur, de part et d'autre de la zone d'équilibre 26, pratiquement en face de la partie poreuse 29 du drain 27. Ce doublage 35 forme une chambre périphérique et la paroi de la cuve 23 au niveau de cette chambre est également poreuse pour permettre par exemple une injection d'air comprimé amené par la tubulure 37 et en particulier de l'air comprimé refroidi qui va permettre d'améliorer le séchage de la phase solide 25. Dans le cas d'une utilisation d'un additif, la chambre 35 peut également être utilisée avec le conduit 37 pour injecter de l'eau refroidie dans la partie inférieure de la phase solide 25 afin de rincer cette phase solide et de récupérer l'additif qui est ensuite recyclé par le conduit 31 et ramené par le conduit 21, dans le bac 1 initial. La partie supérieure de la cuve 23 peut comporter des moyens du genre couteaux ou pelles 40 qui permettent de prélever et d'évacuer la phase solide qui se présente sous la forme d'une neige compacte sèche, directement utilisable pour la confection de pistes de ski par exemple. La figure 3 représente un réseau de distribution du produit 10 préparé dans l'unité détaillée figure 1. Ce réseau de distribution comprend un circuit de transport 41 o le produit est propulsé au moyen d'une pompe 42 par exemple. Ce réseau 41 peut communiquer avec des canons à neige 43 répartis par exemple en bordure d'une piste. Ces canons à neige 43 pulvérisent le produit et on observe une séparation ou plutôt un drainage par simple gravité. La phase solide se dépose et la phase liquide s'évacue naturellement. 8 2789161 La conduite de transport 41 peut également alimenter des dispositifs de drainage et d'agglomération 20. Ces dispositifs de drainage 20 du type de celui détaillé figure 2, permettent d'alimenter directement des engins de reprise 45 et un circuit retour 46, comportant une pompe 47, permet de recycler la phase liquide c'est-à-dire de l'eau avec éventuellement l'additif qui permet d'abaisser son point de congélation. L'unité de production du produit liquide glacé peut avantageusement se présenter sous la forme d'un ensemble compact du genre conteneur, facilement transportable sur site. De même, le dispositif de drainage qui permet de produire la neige peut se présenter sous une forme compacte, constituant une sorte de module facilement implantable soit à côté de l'unité de production du produit liquide glacé, soit sur site c'est-à-dire en bordure de piste de ski ou autre. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif de drainage ou concentrateur 20 peut être complété ou remplacé comme représenté figure 4, par une centrifugeuse, destinée à améliorer le séchage de la neige produite. Selon cette figure 4, le concentrateur 20 est remplacé par une centrifugeuse 48. La neige séchée est expulsée par la sortie 49, tandis que le liquide séparé est recyclé au bac 1 par la ligne 21. Selon une autre disposition, non représentée, la centrifugeuse peut aussi être disposée en aval du concentrateur 20, décrit précédemment, constituant un moyen complémentaire pour améliorer la qualité de la neige, par une amélioration du séchage. Cette centrifugeuse 48 comporte une cuve perforée 50, de forme tronconique, centrée sur un axe horizontal 51 et cette cuve est entraînée par des moyens appropriés non représentés. La cuve 50 tourne dans un carter fermé 52 qui récupère la phase liquide et l'additif, lesquels sont recyclés par la conduite 21, c'est-à-dire réintroduits directement dans la cuve 1 de l'installation détaillée précédemment figure 1. Le mélange est introduit dans la cuve 50 par un coude 53 qui est alimenté par la conduite 16 de l'installation. 9 2789161 La neige drainée dans la cuve 50 s'évacue automatiquement par centrifugation ou par le biais de moyens mécaniques appropriés du type racleurs ou autres et elle est récupérée à la sortie 49 de la centrifugeuse 48. Cette neige peut également être projetée directement sur site au moyen d'une sortie aménagée par exemple en forme de volute, la neige étant propulsée par centrifugation directement. 2789161 - REVENDICATIONS - 1.- Procédé de production d'un substitut de neige, caractérisé en ce qu'il consiste - à refroidir par des moyens appropriés de l'eau additionnée éventuellement d'un composant qui abaisse son point de congélation, en vue de préparer un produit liquide glacé dénommé glace liquide ou glace biphasique, et - à éliminer la phase liquide de ce produit glacé par une opération de drainage afin d'isoler la phase solide qui se présente sous la forme de cristaux de glace, laquelle opération de drainage s'effectue par une opération de centrifugation. 2.- Installation pour la mise en oeuvre du procédé de production d'un substitut de neige selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif de production d'un produit liquide glacé dénommé glace liquide ou glace biphasique, et des moyens complémentaires pour réaliser le drainage, afin d'isoler la phase solide dudit produit en vue de son exploitation par des moyens appropriés selon la destination, lesquels moyens de drainage sont constitués d'une centrifugeuse (48). 3.- Installation pour la mise en oeuvre du procédé de production d'un substitut de neige selon la revendication 2, caractérisée en ce que la centrifugeuse (48) est disposée en aval de moyens de drainage du genre concentrateur (20) dans lesquels on effectue une simple séparation gravitaire par exemple.