Brevet FR2869389A1 — publié le 20051028

Domaine d'application L'invention trouve son application dans l'éclairage des jets d'eau qui animent les fontaines décoratives, principalement publiques mais aussi privées. Evocations vivantes de la nature au coeur des villes, les fontaines sont très répandues et les collectivités y consacrent de lourds budgets d'investissement de conduite, d'entretien et de maintenance. Situation actuelle. La fontaine qui est un point de convergence de sciences et techniques comme l'hydraulique, l'électricité, le traitement de l'eau, la corrosion, la filtration, les Arts architecturaux et plastiques, est traitée comme un ouvrage de bâtiment ou de travaux publics municipaux, à l'aide de techniques souvent simplistes alors qu'elle est objectivement une machine du fait des contraintes réelles et complexes qui la concernent. Dans ce contexte par trop prosaïque son talon d'Achille est l'éclairage. Ne bénéficiant que d'un faible marché, les appareils d'éclairage de fontaines copient les appareils de surface en utilisant les sources classiques, et en y ajoutant une certaine étanchéité. D'une façon tout à fait générale, le parc européen et mondial des fontaines est éclairé par des appareils qui souffrent des défauts suivants: - fragilité mécanique, - faible durée de vie des sources (1000 à 5000 heures) et difficulté de l'échange de celles-ci, - - la quantité souvent importante d'appareils en présence dont les sources ne périssent pas toutes à la fois, -- la difficulté d'accès aux appareils immergés, les interventions impliquent un vidage de bassin, coûteux en eau, - - la faible fiabilité des étanchéités des appareils trop souvent démontés, dont les joints durcissent ou se décomposent, et qui supportent mal les contraintes de corrosion du milieu chloré des fontaines, - la mauvaise adaptation optique des projecteurs au problème posé par l'éclairage d'objets élancés comme les jets d'eau, l'énergie lumineuse étant gaspillée, - la teinte trop chaude (2500K: jaune) des sources classiques faisant perdre à l'eau une partie de sa capacité à évoquer la fraîcheur de l'eau naturelle, - la non coïncidence des sources classiques avec les origines des jets donne, la nuit, un aspect désordonné aux animations des fontaines. Objet de l'invention. Les problèmes que se propose de résoudre la présente invention sont les suivants: - augmenter la fiabilité des dispositifs d'éclairages des fontaines par des systèmes d'une durée de vie d'au moins dix années, afin de diminuer considérablement les coûts de maintenance des équipements. - permettre des effets de lumière scéniques, de type stroboscopie, modulations de température de couleurs et de couleurs, séquencement etc... - mieux maîtriser les flux lumineux des projecteurs, afin que la plus grande partie de la lumière émise soit effectivement focalisée sur les jets, chutes d'eau, 15 déversements et cascades,. - centrer les sources avec les jets pour donner une meilleure rigueur architecturale aux animations. La solution proposée, objet de la présente demande de brevet, consiste à utiliser des sources lumineuses dites Diodes Electro-Luminescentes ou DEL ou LED en les disposant au coeur même des fontaines. Plus précisément, l'invention consiste à combiner un projecteur en forme d'anneau utilisant des DEL, avec l'ajutage qui est l'orifice qui forme le jet d'eau. Deux versions sont ici décrites; le premier dispositif intègre l'ajutage et l'anneau d'éclairage en une seule pièce solidaire, alors que la deuxième version se limite au seul anneau d'éclairage qui vient alors se positionner autour d'un ajutage existant. Etat de la technologie existante Le principe de focaliser un fourreau de lumière autour d'un jet d'eau est idéal, mais pose d'importants problèmes techniques. Les dispositifs d'éclairages traditionnels (incandescents, halogènes, iodure métallique etc...) sont encombrants et difficiles à focaliser de façon précise. L'éclairage des jets droits par l'intérieur se heurte à l'opacité des veines d'eau turbulentes et chargées d'air que sont les jets réels. Des essais ont été tentés dans ce sens avec des fibres optiques; ils n'ont pas eu plus de succès que l'usage de ces fibres par l'extérieur des jets, en effet la complexité de mise en oeuvre et le prix de ces dispositifs, ainsi que le rendement médiocre des fibres optiques, le coût des lampes équipant les générateurs et leur faible durée de vie n'ont pas assuré l'avenir d'une telle méthode. A priori, il n'existe pas sur le marché de dispositif d'éclairage de jets de fontaines satisfaisants au regard de tous les critères indiqués. Description de l'invention Les DEL sont des semi-conducteurs qui ont la caractéristique de directement convertir l'énergie électrique en émission photonique. C'est pourquoi, contrairement à l'illumination par incandescence par exemple, les rendements de ces composants sont aujourd'hui élevés. Née dans les années 70, cette technologie n'a cessé de progresser pour aboutir à un véritable dispositif d'illumination performant, économe en énergie, disponible dans toutes les couleurs et tous les angles d'émission de flux lumineux. L'idée qui a prévalu à la présente demande de brevet consiste à utiliser des DEL d'angle de flux lumineux très fermé (de l'ordre de 3 à 10 ) et très puissantes, et d'envelopper le jet par ce fameux fourreau de lumière en effectuant un ajustement rigoureux de chaque source. Un réglage très précis de l'orientation de chacune des DEL permet alors de focaliser et de concentrer l'intégralité de l'énergie lumineuse directement sur le jet. Par exemple, pour un jet d'une hauteur d'un mètre, une partie des DEL sera focalisée sur le jet à 30 cm de l'ajutage, une deuxième partie à 60 cm, et enfin la dernière partie des DEL sera focalisée sur l'extrémité du jet où apparaît le bouillonnement caractéristique de la partie haute d'un jet d'eau. On obtient ainsi un effet particulièrement saisissant, où l'on n'éclaire que ce qui doit l'être, sublimé par l'accentuation du contraste entre le jet et l'environnement. Bien évidemment, la focalisation des DEL sur le jet est effectuée en usine en fonction des caractéristiques du jet d'eau, et l'installateur du dispositif se contentera d'ajuster la verticalité du jet à l'aide des réglages prévus à cet effet. L'ajutage et l'éclairage étant intégrés dans une seule pièce solidaire, l'illumination du jet sera alors optimale sans avoir besoin de retoucher la focalisation des DEL. Selon une variante de l'invention, les DEL équipant le projecteur peuvent être de trois couleurs (rouge, vert et bleu), permettant ainsi une illumination selon les différentes couleurs de l'arc-en-ciel. Lorsque les 3 groupes de DEL sont alimentés de façon nominale, la couleur obtenue est un blanc d'une température de couleur assez élevé (donc idéalement bleutée), de l'ordre de 8000 K, d'ailleurs réglable. Deux dispositifs sont ici décrits et revendiqués: Le premier vu en coupe sans hachures sur la figure 1 et de face sur la figure 2, intègre à la fois l'ajutage à veine pleine lui-même et le projecteur annulaire. Le principal avantage de cette version réside dans l'ajustement concentrique parfait que l'on obtient entre le jet d'eau d'une part, et le faisceau lumineux d'autre part. Les pièces constitutives de cet ensemble sont: Figure 1, repère 1: le corps principal de l'appareil appelé couronne réalisé en bronze (ou tout autre matériaux résistant à la corrosion et mécaniquement satisfaisant). Cette pièce comporte à l'avant un épaulement ou s'appuie le joint plat et le pourtour de la vitre, à l'arrière une face annulaire comportant 12 trous taraudés et une gorge pour joint torique permettant la fixation étanche de la périphérie de pièce de fond en inox. Elle détermine une cavité annulaire dans laquelle le circuit imprimé supportant les DEL et l'électronique vient se loger. Figure 1, repère 2: une vitre annulaire en verre trempé de 10 mm d'épaisseur qui ferme l'avant de l'appareil est prise en périphérie et au centre entre des joints plats, deux à l'avant pour l'étanchéité sur les épaulements de la couronne et de l'ajutage, deux à l'arrière sous le presse-vitre pour en adoucir le serrage. Figure 1, repère 3: l'ajutage central réalisant par son profil interne le jet d'eau, et comportant un épaulement d'appui du joint plat central et de la vitre et une queue filetée au pas du Gaz qui reçoit par vissage successivement: le presse vitre central, l'appui central à gorge circulaire pour le joint torique d'étanchéité avec le fond inox et à l'extérieur une pièce cannelée recevant un tube de liaison semisouple autorisant une inclinaison de quelques degrés autour de la verticale, afin de pouvoir ajuster la verticalité du jet d'eau. Figure 1, repère 4 deux joints plats d'étanchéité au centre et en périphérie de la vitre avec les épaulements de la couronne et de l'ajutage. Figure 1, repère 5: deux joints plats identiques aux précédents pour adoucir les serrages des presse vitres sur la vitre, Figure 1, repère 6 deux bagues d'appui centrales en Delrin pour vissage de l'écrou serre vitre, et de la queue cannelée, Figure 1, repère 7 un écrou central vissé sur la queue filetée de l'ajutage servant de serre vitre central en appui sur la bague précédente. Figure 1, repère 8: une bague taraudée dont la face arrière comporte une gorge pour le joint torique qui réalise l'étanchéité autour de l'ajutage sur le fond inox, Figure 1, repère 9: un petit joint torique pour dito, Figure 1, repère 10: un grand joint torique qui réalise l'étanchéité entre la face 5 arrière de la couronne et la périphérie du fond inox, Figure 1, repère 11: une plaque circulaire en inox de 4 mm d'épaisseur dite fond inox comportant un trou central laissant passer la queue de l'ajutage, 12 trous lisses autour correspondant à ceux de la couronne pour serrage sur celle-ci et compression du joint torique correspondant, un trou taraudé pour vissage du presse-étoupe d'entrée du câble d'alimentation, trois trous taraudés pour la fixation du circuit imprimé. Figure 1, repère 12: un écrou à queue cannelée se vissant sur la queue filetée de l'ajutage sur la bague en Delrin afin de serrer le fond inox sur le joint torique central. Figure 1, repéré 13: un ensemble de six vis et trois entretoises destiné à fixer le circuit imprimé sur le fond inox. Figure 1, repère 14: une couronne d'appui de serre vitre en trois parties, Figure 1, repère 15: un dispositif annulaire de serre vitre en trois parties démontables encastré dans la rainure que comporte le corps principal. Au total 12 vis appuient sur la périphérie de la vitre. Figure 1 repère 16: un circuit imprimé annulaire portant les diodes et toute l'électronique embarquée. Figure 1 repère 17: un ensemble de DEL placées sur des cercles concentriques dont les différences successives de diamètres sont 28 mm, une couche extérieure comprend alors 6 diodes de plus que la couche immédiatement voisine à l'intérieur. Figure 1, repère 18: un ensemble de 12 vis et rondelles pour fixation du fond inox sur la couronne. L'assemblage s'effectue de la façon suivante: A. Montage de la partie fixe vitre / corps / ajutage. A.1. On dispose sur un montage de centrage la grande couronne en bronze et 1' ajutage. A.2 Les deux joints plats d'étanchéité du verre son introduits en appui sur les épaulements de l'ajutage et de la couronne, A.3. On met en place la vitre qui s'appuie sur ces joints, A.4. On ajoute dessus un deuxième couple de joints identiques destiné à adoucir le contact des serre vitres avec la vitre, puis une des deux bagues en Delrin . A.5. On visse l'écrou serre vitre sur la queue de l'ajutage pour comprimer le joint plat central à la vitre, A6. Le joint plat périphérique est mis en place sur la vitre, puis la couronne d'appui de serre vitre annulaire en trois parties, puis les trois parties du serre vitre encastrées dans la rainure du corps et on serre les 12 vis. A7. Enfin, on visse sur la queue de l'ajutage, avec de la résine de blocage et d'étanchéité, la bague taraudée à gorge pour joint torique central en la réglant exactement au même niveau que la face arrière de la couronne. Laisser polymériser la résine. B. Montage des diodes sur le circuit imprimé. Le circuit imprimé est câblé et assorti au dos des composants réalisant les équilibrages électroniques résultant de la répartition en quantité des DEL par couleur. Les deux pattes des diodes sont soudées sur le circuit en laissant un petit jeu entre le corps de diode et la face du circuit. L'appareil complet est placé sur un montage au centre duquel s'élève un tube blanc simulant le jet en position et en hauteur et est alimenté. Chaque DEL est alors réglée à l'oeil pour que son faisceau étroit frappe le jet simulé à l'endroit voulu, puis est fixée dans cette position par un point de colle. Cette opération est schématisée par la figure 5. C. Montage du circuit imprimé sur le fond. L'opération consiste à visser à la résine le presse étoupe (non représenté dans la figure 1), à y passer le câble d'alimentation (non représenté figure 1) qui sera dénudé pour soudure de ses fils sur le dos du circuit puis d'utiliser les vis et les entretoises montées à la résine côté fond inox seulement pour fixer le circuit sur le fond inox. D. Montage du fond inox sur le corps équipé. On place les deux joints toriques dans les gorges de la bague taraudée et de la couronne, puis l'on positionne le fond inox pour le visser grâce aux 12 vis sur la couronne et à l'écrou cannelé sur la bague. Il est bien évident que la description précitée est donnée à titre d'exemple, et n'est pas limitative. En effet, d'autres types de montages peuvent être envisagés, particulièrement par l'utilisation de pièces moulées ou injectées. La deuxième version du dispositif n'inclut pas l'ajutage, et elle est plutôt dédiée aux fontaines existantes. La figure 3 en coupe sans hachures montre l'ensemble, qui reprend le même principe que la première version du projecteur. Une bague de centrage spécifique permet d'ajuster précisément le dispositif. autour de l'ajutage, tandis que trois pieds réglables disposés à 120 (non représentés) à la base du projecteur autorisent un réglage parfait du flux lumineux par rapport au jet d'eau. Ces projecteurs annulaires peuvent être associés à d'autres projecteurs reprenant la même construction, mais sans ajutage ou trou au milieu, afin d'illuminer d'autres zones, telles que points de chute de jets, objets, déversements, cascades etc..., ou encore ayant des diamètres différents, et dont le corps est un profil élastomère extrudé collé au diamètre voulu et serré sur la vitre et un fond épais par des colliers comme le suggère la figure 4. La figure 5 indique le principe de focalisation des DEL sur le jet d'eau qui fait l'objet d'un travail de réglage précis de chaque DEL en atelier Marché Comme cela a déjà été précisé, il existe de nombreuses fontaines équipées de dispositifs d'illumination peu convaincants. Le marché s'oriente selon deux axes: d'une part les fontaines neuves qui seront équipées préférentiellement de projecteurs incluant l'ajutage. - d'autre part le parc très important de fontaines existantes, bien évidemment déjà dotées d'ajutages, où l'on pourra alors positionner la deuxième version de projecteurs annulaires, de façon concentrique au jet d'eau et adopter des électroniques de commande permettant la réutilisation des câbles existants. Les avantages de tels projecteurs sont considérables: - durée de vie du dispositif s'étendant jusqu'à 50 000, voire 100 000 heures, diminuant ainsi le coût de la maintenance, concentration du flux lumineux sur le jet, limitant la perte de puissance, - rendement élevé, donc fonctionnement économe en électricité - réglage de la température de couleur possible, - palette de couleur de l'arc-en-ciel, - effets de jeux d'orgues lumineux: stroboscopie, modulation, chenillard, séquencement, couplage à un dispositif son et lumière, etc... - projecteurs alimentés en très basse tension (TBT) 8 REVENDICATIONS 1) Dispositif d'illumination de jets d'eau de fontaines, caractérisé en ce que le dit dispositif est un projecteur de lumière utilisant des DEL (Diodes Electro- Luminescentes) et qu'il a une forme annulaire. 2) Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le projecteur 5 annulaire vient se placer de façon concentrique autour de l'ajutage. 3) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ajutage fait partie intégrante du projecteur annulaire d'illumination de jets, afin d'assurer facilement un flux lumineux parfaitement concentrique au jet d'eau. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le projecteur ne comporte pas d'ajutage en son centre, mais un trou qui permet de positionner le dispositif autour d'un ajutage existant. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le projecteur est réalisé en matière inoxydable (bronze, inox, ABS, élastomère...), et sa partie supérieure est protégée par un verre trempé. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les DEL utilisées dans le projecteur peuvent être soit monochromes, soit couleur. L'utilisation de triplettes de DEL rouges, vertes et bleues permettant l'obtention de toutes les nuances de l'arcen-ciel. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif présentement décrit offre l'avantage de concentrer toute la lumière de façon homogène tout au long du jet d'eau. Ce résultat remarquable est obtenu par la focalisation très précise des DEL d'angle de flux lumineux très fermé (3 par exemple) tout au long du jet. Cette focalisation est réalisée en usine, en fonction des caractéristiques du jet d'eau.