Brevet FR2956427A1 — publié le 20110819

CHEMINEE SOLAIRE, FAISANT PARTIE D'UN ENSEMBLE DESTINE A PRODUIRE UNE ENERGIE PURE ET RENOUVELABLE, ENCASTREE DANS UN IMMEUBLE DE GRANDE HAUTEUR ASSURANT SA STABILITE ETAT ACTUEL DE LA TECHNIQUE Dans l'état actuel de la technique des chercheurs essayent de mettre au point un ensemble, portant généralement la dénomination de "Tour Solaire", destiné à produire une énergie pure et renouvelable grâce à la chaleur du soleil. Les nombreuses recherches effectuées, tout en faisant des progrès indiscutables, n'ont pas encore abouti 'à obtenir un ensemble suffisamment fiable et économiquement rentable. La "Tour Solaire" est essentiellement composée d'une Cheminée Solaire (1) produisant le tirage nécessaire au fonctionnement de l'installation, d'un collecteur (4) qui a le rôle , d'une serre ouverte aussi bien vers l'extérieur que vers la base de la Cheminée Solaire, et d'une turbine (3) qui produit l'énergie constituant l'objectif de l'installation. Le collecteur, composé d'une couverture transparente constituée de verre armé ou tout autre matérieau transparent (4) est posé sur des poteaux (5) ayant une hauteur d'au i moins 2 mètres. Le sol de la serre, chauffé par le soleil, chauffe à son tour l'air qui devient plus léger et se dirige vers la base de la cheminée puis vers son sommet créant un tirage proportionnel au gradient thermique c'est à dire à la différence de température entre l'air chaud de la serre et l'air froid au sommet de la cheminée. Plus haute est la cheminée, plus froid est l'air à son sommet et plus important est le tirage. D'où le désir de construire des cheminées aussi hautes (mais aussi chères) que possible. L'énergie est produite par le tirage de l'air montant qui passe à travers les turbines et fait tourner ses hélices horizontales ou verticales à la base de la cheminée. Afin de pouvoir réaliser une cheminée de grande hauteur, à défaut d'une autre solution, les préférences vont vers le béton armé lourd, cher et difficile à ériger pour construire des cheminées hautes (de 500 à 1500 mètres). 4. 5 10 15 2025 Il faut donc, pour construire une Cheminée rentable, que la température du sol à la base soit suffisamment chaude et que la température de l'air ambiant au sommet soit suffisamment froide. Un seul prototype de la "Tour Solaire" a été construit en Espagne, à Manzanares en 1981 mais il a été abandonné en 1989 étant donné la difficulté d'amortissement du coût des constructions (notamment de la cheminée d'une hauteur de 200 mètres) et de sa rentabilité réduite. Cependant, la cheminée de Manzanares a démontré la faisabilité de l'installation de l'ensemble de la "Tour Solaire" et a apporté des nouveaux renseignements pour des recherches supplémentaires. Actuellement d'autres chercheurs essayent d'obtenir une énergie propre et inépuisable, comme l'énergie dégagée par le soleil, en inventant d'autres Tours (par exemple la "Tour à Vortex"). DESCRIPTION DE L'INVENTION a. Objet de l'invention. Schéma de principe fig. 1 L'invention a pour objet d'étudier, puis construire une Cheminée Solaire (1) susceptible de produire, dans le cadre de l'ensemble formé avec le Collecteur (4) et la Turbine (3), une énergie pure et renouvelable, rentable du point de vue économique. Pour en arriver à cette fin il est proposé de construire un ensemble d'ouvrages appelé "Tour Solaire" dont certains éléments spécifiques ayant des caractéristiques nouvelles sont détaillés ci-dessous. b. Deux variantes: la Cheminée Solaire (1A) à l'extérieur de l'Immeuble de Grande Hauteur et la Cheminée Solaire (1B) à l'intérieur de Immeuble de Grande Hauteur (2). Le problème est, bien entendu d'ordre structurel mais aussi d'ordre architectural. En dehors des avantages qui font l'objet de l'invention, certains désavantages ne peuvent être tout ou partie éliminés que par une étroite collaboration entre l'architecte et l'ingénieur de génie civil. - Chèrninée Solaire (1A) à l'extérieur de l'immeuble. Fig. 2, 3, 4 et 9. Le désavantage de la Cheminée Solaire est le fait que, étant située à l'extérieur, on ne peut pas prévoir des fenêtres à l'endroit où elle est ancrée sur la façade de l'immeuble comme il est indiqué dans la Fig. 5. Par contre, la présence du tissu industriel blanc peut constituer un contraste esthétique avec le reste de la façade; un architecte peut le mettre en valeur. - Cheminée Solaire (1B) à l'intérieur de l'immeuble. Fig. 6, 7 et 8. Dans le cas de la Cheminée placée à l'intérieur de l'immeuble l'enveloppe constituée de béton armé ou de tissu industriel est inutile. Une telle cheminée résout, tout au moins en partie, le problème des architectes qui n'ont pas la possibilité d'apporter la lumière aux logements situées loin des façades. Une cheminée de grandes dimensions permet d'illuminer la partie centrale de l'immeuble avec des fenêtres non-ouvrantes avec vitrage translucide. Par ailleurs, une isolation thermique devrait empêcher le réchauffement de l'air de la cheminée par la chaleur provenant de l'immeuble. c. Le béton armé qui constitue la structure de la Cheminée Solaire extérieure (lA) remplacé par un matériau léger tel que le tissu industriel. Le béton armé, trop lourd pour être utilisé dans le cas des Cheminées Solaires (1) est remplacé par le tissu industriel (12) ou tout autre matériau léger, tel que la tôle mince. Le tissu enveloppe une structure métallique (9) qui le soutient de sa base et jusqu'au sommet; la structure métallique est située à l'intérieur de la cheminée. Fig. 2 et 3. Dans ce qui suit on a choisi l'enveloppe en tissu industriel, sans éliminer la possibilité d'utilisation de la tôle mince ou d'autres matériaux légers. Parmi autres qualités, le tissu industriel assure, à l'aide de la colle, l'étanchéité entre le collecteur et la cheminée (Il) Fig. 4 et entre la cheminée et l'immeuble (13) Fig. 3. 2.5 Le tissu industriel a déjà été utilisé pour la construction de le tour de réfrigération (réfrigérant) érigé à titre provisoire à la Centrale électrique de Bouchain en 1975, à la suite de l'effondrement du réfrigérant en béton armé. La tour en tissu soutenue par des profilés métalliques a remplacé celle qui venait de s'écrouler. Elle a rendu service pendant plus de 8 ans quoique l'air passant à l'intérieur de l'ouvrage était perpétuellement humide et parfois assez chaud. Il faudrait se rappeler que le réfrigérant de Bouchain, qui en fait n'est qu'une grande cheminée, a été réalisé à partir d'un tissu polyester û pvc enduit double face. Ce tissu industriel était léger et facile à monter sur une grande hauteur. Actuellement, les qualités du tissu industriel ont été nettement améliorés. Contrairement au béton armé rigide qui doit résister aux actions horizontales et surtout à l'effet du vent (parmi autres), le tissu peut se déformer sans problèmes. Cette déformation ne perturbe pas le passage de l'air dans la cheminée. Par ailleurs, une 10 éventuelle fissuration du tissu peut être réparée facilement. d. La stabilité de la Cheminée Solaire extérieure (1A) assurée par l'ancrage à un immeuble rigide de grande hauteur. La stabilité de la cheminée serait assurée par l'ancrage à un immeuble de grande hauteur parfaitement rigide (2) avec lequel elle ferait corps commun. L'encastrement 15 de la cheminée à l'immeuble serait effectué par des agrafes métalliques (14) ou autres produits qui accrocheraient la structure métallique (9) à l'immeuble (2). Fig. 2 et 3. Il est estimé que grâce à ces caractéristiques on peut arriver à construire des ensembles cheminée û immeuble d'une hauteur d'au moins 500 mètres pour obtenir une énergie pure et renouvelable (provenant de la chaleur solaire) et, après l'amortissement des 20 dépenses initiales, tout à fait rentable. Un tel immeuble ne peut être par définition que rigide et l'ancrage de la Cheminée Solaire légère étant constitué de tissu industriel ne peut poser des problèmes en ce concerne sa stabilité. e. La continuité entre le Collecteur (4) et la Cheminée Solaire intérieure (1B); 25 Entre le Collecteur et la Cheminée Solaire située à l'intérieur de l'Immeuble de Grande Hauteur la continuité est assurée par un ou plusieurs couloirs (15) passant par le rez-de-chaussée du bâtiment sans perturber la circulation des habitants. f. La chaleur solaire captée par un Collecteur (4) de grandes dimensions. Un Collecteur de chaleur solaire de très grandes dimensions constituant une "serre" est interdit à toute circulation autre que celle des piétons, sur des allées prévues à cet effet. Le Collecteur a une forme circulaire ou toute autre forme appropriée, son périmètre étant continu. La toiture du collecteur, en verre épais éventuellement armé doit, évidemment être transparente. Elle est soutenue par des petits poteaux (5). La hauteur du collecteur dépend des dimensions de la Cheminée Solaire. Elle doit de toute manière dépasser 2 à 3 mètres. 10 J, Des tunnels prévus au dessous du Collecteur pour la circulation des véhicules et l'emplacement des réseaux nécessaires à l'Immeuble de Grande Hauteur. Fig. 5 et 7. Le collecteur étant réservé aux piétons il faut prévoir une possibilité d'assurer la circulation des véhicules et l'emplacement des réseaux. Par ailleurs il faut observer que l'existence même du collecteur élimine toute pollution aux environs de l'immeuble. 15 Tunnel pour la circulation des véhicules (10). L'Immeuble de Grande Hauteur doit nécessairement avoir un garage de grandes dimensions pour les nombreux véhicules particuliers, bus et une éventuelle navette (train électrique faisant l'aller-retour de l'immeuble vers une ville proche ou bien vers un pôle de circulation). 20 Ce tunnel est envisagé d'être construit au dessous du collecteur, ayant la sortie vers une route ou/et une voie ferrée à la périphérie du collecteur (6). 1- Tunnel pour les réseaux (8). Dans une ville, et surtout dans les agglomérations situées à la montagne, les réseaux d'eau, électricité, téléphone, égouts forment une toile d'araignée dont le coût est parfois 25 extravagant (c'est la raison pour laquelle les collectivités locales hésitent parfois d'installer des égouts). Le fait de rassembler tous les réseaux dans un seul conduit souterrain réduit considérablement leur prix. EMPLACEMENT DE L'ENSEMBLE FORME PAR LA "TOUR SOLAIRE" COMPRENANT LA CHEMINEE SOLAIRE, LE COLLECTEUR ET LA TURBINE. L'ensemble formant la "Tour Solaire" constitué de la Cheminée Solaire, le Collecteur et la Turbine ne peut être placé que dans un site remplissant les conditions suivantes: Le site doit être aussi chaud que possible. La chaleur de l'air à l'entrée de la cheminée est l'un des éléments essentiels pour un bon rendement de l'installation. De telles sites, dont l'emplacement se trouve dans un climat chaud, et en même temps proches d'une ville ne sont pas courants, mais il existent par exemple à l'ouest des Etats Unis, au Brésil, en Australie, en Afrique du Sud et dans certains pays arabes. Les gratte ciel en sont courants et l'expérience d'un ensemble formé par Immeuble de Grande Hauteur et une Tour Solaire serait probablement accepté par les habitants pour lesquels les bâtiments de grande hauteur ne constituent pas une nouveauté. Quelques endroits existent aussi en Europe (Espagne, Portugal, Italie), mais la chaleur du soleil étant moindre, le rendement l'est aussi. - Le site doit être assez proche d'une ville. Le collecteur, dont le diamètre dépasse 3 ou 4 km. est une serre qui interdit toute circulation en dehors de plusieurs allées destinées aux piétons. Il faut noter, comme il a déjà été indiqué ci-dessus que le collecteur est ouvert aussi bien à l'extérieur que vers la Cheminée Solaire. Les voitures, de préférence électriques, des bus et un train faisant la liaison entre l'immeuble et la ville située à proximité, circulent dans un tunnel (10) dont la sortie (6) s'effectue en dehors du collecteur. Après la sortie du tunnel la voie routière est semblable aux autres voies courantes (7). Dans ces conditions il est évident que la distance entre l'Immeuble de Grande Hauteur et le monde extérieur ne peut pas être trop grande. 5 POSSIBILITE D'APPLICATION INDUSTRIELLE Les éléments constituant la "Tour Solaire" c'est à dire: les immeubles de grande hauteur (gratte ciels), les constructions en tissu industriel, les structures métalliques soutenant la Cheminée Solaire, le Collecteur analogue à une serre, les tunnels, sont connus et utilisés depuis longtemps pour des raisons diverses à échelle industrielle. L'invention consiste à réunir l'ensemble des ouvrages cités pour un objectif nouveau et innovant, la production de l'énergie pure et renouvelable. Présentation des figures Principe de fonctionnement Fig. 1. Principe de fonctionnement de la "Tour Solaire" composée d'une Cheminée Solaire, un Collecteur et une Turbine. Cheminée Solaire (1A) située à l'extérieur de l'Immeuble de Grande Hauteur Fig. 2. Elévation de l'ensemble formé par la "Tour Solaire" et l'Immeuble de Grande Hauteur" avant la pose du tissu industriel sur la structure métallique soutenant la cheminée solaire. Fig. 3. Elévation de l'ensemble formé par la "Tour Solaire" et l'Immeuble de Grande Hauteur après la pose du tissu industriel sur la structure métallique soutenant la Cheminée Solaire. Voir aussi détail en Fig. 4. Fig. 4. Détail de la Fig. 3. Réalisation de l'étanchéité entre la toiture du Collecteur et la Cheminée Solaire en couvrant le joint par un tissu industriel ou autre matériau adéquat constituant un solin (couverture en équerre). Fig. 5. Section A-A comprenant l'ensemble formé par la Cheminée Solaire, le collecteur, le tunnel pour la circulation des véhicules entre l'Immeuble de Grande Hauteur et l'extérieur, et le tunnel rassemblant les réseaux divers (électricité, eau, téléphone, égouts, etc.). Cheminée Solaire (1B) située à l'intérieur de l'Immeuble de Grande Hauteur Fig. 6. Elévation de l'ensemble foitué par la Cheminée Solaire et l'Immeuble de Grande Hauteur. On ne voit pas la Cheminée Solaire située à l'intérieur de l'immeuble. Fig. 7. Section C-C comprenant l'ensemble formé par la Cheminée Solaire, le collecteur, le tunnel pour la circulation des véhicules entre l'Immeuble de Grande Hauteur et l'extérieur, et le tunnel rassemblant les réseaux divers (électricité, eau, téléphone, égouts) ainsi que les couloirs amenant l'air chaud du collecteur vers la cheminée en passant par la turbine. Fig. 8. Section E-E montrant la circulation de l'air dont le tirage produit l'énergie constituant l'objectif de l'installation. Fig. 9. Variantes de l'emplacement de la Cheminée Solaire encastrée à l'extérieur, à l'intérieur, partiellement à l'extérieur et à l'intérieur de l'Immeuble de Grande Hauteur. REVENDICATIONS1. Cheminée (1A) ou (1B) portant la dénomination de "Cheminée Solaire" destinée à produire une énergie propre et inépuisable, caractérisée en ce qu'elle fait corps commun avec un immeuble rigide de grande hauteur (2) la cheminée étant soit ancrée au moins sur l'une des façades de l'immeuble et, dans ce cas, portant la dénomination de Cheminée (1A), soit située à l'intérieur même de l'immeuble de grande hauteur, proche de son centre, et, dans ce cas, portant la dénomination de Cheminée (1B)." 2. Cheminée (1A) selon la revendication 1 caractérise en ce qu'elle est soutenue par une structure de préférence métallique (9), structure accrochée à l'immeuble de grande hauteur par agrafes métalliques, colle ou tout autre matériau destiné à cet objet (14), 3. Cheminée (1A) selon la revendication 1 caractérisée en ce que la structure (9) qui la soutient est enveloppé par un tissu industriel (12) ou tout autre matériau léger constituant un tuyau étanche et continu de la base au sommet de l'immeuble (2) avec lequel la cheminée fait corps commun. 4. Ensemble constitué par la cheminée (lA ou 1B) et l'immeuble de grandes dimensions (2) selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est entouré d'un Collecteur (4) rappelant une serre, interdit à la circulation des véhicules; les piétons peuvent circuler uniquement sur des allées prévues à cet effet. 5, Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que le toit du Collecteur est assez transparent pour laisser pénétrer les rayons du soleil; le toit est soutenu par des poteaux (5) prévus à cet effet. La forme du collecteur (4) est circulaire ou toute autre forme, son périmètre étant continu.6. Ensemble selon la revendication .4 caractérisé en ce que dans le sous-sol du Collecteur (4) deux tunnels relient l'immeuble (2) à la périphérie du Collecteur (4). Un premier tunnel (10) est prévu pour la circulation des véhicules; le tunnel sort à la surface du sol (6) et se transforme en route (7) à la périphérie du Collecteur (4). Un deuxième tunnel (8) est prévu pour l'ensemble des réseaux (eau, électricité, gaz, téléphone, égouts, etc.); ce tunnel peut rester souterrain au-delà de la périphérie du Collecteur (4). 7. Ensemble selon la revendication 4 caractérisé en ce que la Cheminée (1B) située à l'intérieur de l'immeuble (2) est reliée au Collecteur (4), par deux ou plusieurs Couloirs (15) destinés à assurer la continuité du tirage à partir du Collecteur et jusqu'au sommet de la Cheminée (1B).