Brevet FR2965901A1 — publié le 20120413

CHEMINEE SOLAIRE LEGERE ET DE GRANDE HAUTEUR STABILISEE PAR DES HAUBANS OU STRUCTURES AUXILIAIRES On appelle souvent "Tour Solaire" (en anglais "Single Flow Upwind System") un ensemble de constructions constitué des éléments principaux suivants: - une Cheminée (1) qui par effet de tirage dirige l'air chaud du Collecteur (2), défini plus bas, vers son sommet et le propulse dans l'atmosphère relativement froide, - un Collecteur (2) ouvert vers l'extérieur sur tout son contour (10), dont la toiture en matériau transparent ou translucide (4) lui dorme le rôle d'une serre, - une Turbine (3) dont les pales sont mises en rotation par le tirage mentionné. ; la rotation des pales de la turbine est génératrice d'énergie propre et, étant produite par le soleil, inépuisable. La construction la plus chère et difficile à exécuter' est la Cheminée (1). En effet, l'énergie étant produite par le tirage, son rendement est relativement proportionnel à la différence de température entre l'air chaud qui provient du Collecteur (2) et l'air devenu de plus en plus froid au fur et à mesure qu'il s'approche du sommet de la Cheminée (1) pour arriver, à la sortie, à la température de l'air ambiant. Il en résulte que: a. L'air qui pénètre dans le Collecteur (2) doit être aussi chaud que possible, et, en conséquence, la Cheminée Solaire doit être construite dans un endroit où la température est élevée. Plusieurs sites ont été envisagés, en Espagne, Italie, Grèce, Inde, Midwest USA, Australie, Néguev (Israël), Afrique du Sud. b. Le même air qui sort de la cheminée (1) doit être aussi froid que possible. Donc la cheminée doit avoir une hauteur élevée. c. Une cheminée de grande hauteur (entre 400 et 1000 mètres) doit être construite avec un matériau léger qui ne nécessite pas une fondation trop lourde. 10 15 20 d. Le béton lourd est difficile à transporter en coffrage glissant à une grande hauteur. Dans état actuel de la technique un seul prototype a été construit à Manzanares (Espagne) en 1982. La Cheminée, d'une hauteur de 200 mètres et un diamètre de 10 mètres, avait une puissance de 50MW. L'amortissement du coût de la construction et son rendement faible ont conduit à son arrêt en 1989. Cependant le prototype a démontré la faisabilité du concept de la Chemine Solaire et, par ailleurs, a fourni des informations utiles pour la conception des futurs ouvrages susceptibles de constituer des investissements valables. Plusieurs équipes de scientifiques et ingénieurs travaillent pour obtenir le projet d'une Cheminée Solaire présentant un investissement aussi faible que possible tout en fournissant une rentabilité acceptable. L'un des centres de réflexion les plus réputés se trouve à l'Université de Bochum en Allemagne. Actuellement, paunii autres, les études sont sur le point de prendre fin et les travaux ont commencé ou commenceront bientôt dans les sites suivants (parmi autres) : - Cheminées ayant une hauteur de 1000 mètres : En Namibie à Araudis ; En Australie à Buronga ; - Cheminées ayant une hauteur de 750 mètres : En Espagne à Fuente et Fresno. A défaut d'autres solutions toutes ces cheminées sont ou seront construites en béton armé. Pourtant, d'autres solutions existent, tout au moins en théorie, et peuvent être expérimentées. Il s'agit du contenu de la présente invention. La présente invention a pour objectif de réduire de manière substantielle le coût de la construction la plus chère de l'ensemble constitué par la Tour Solaire, la Cheminée Solaire (1). Ainsi, l'invention permet de construire une Cheminée Solaire (1) de très grande hauteur, ce qui améliore sa rentabilité. A cet effet le fût est soutenu par des haubans (8) ou des structures métalliques auxiliaires (9) et, par ailleurs, le béton lourd est remplacé par un ensemble léger formé par structure de résistance (1A) en métal et l'enveloppe (1B) en tissu industriel. La structure de résistance (1A) est un prisme ayant une forme proche du cylindre, constitué d'un treillis de profilés ou autres éléments métalliques. A la base la structure de résistance est encastrée dans un socle en béton armé (4), encastré à son tour dans la fondation (6). Dans le socle (5A) des ouvertures (5B) permettent à l'air chaud provenant du Collecteur (2) de pénétrer dans la Cheminée (1) en mettant en fonction la Turbine (3). Le tissu industriel (1B) a été utilisé pour la première fois, et probablement la seule fois en 1979, pour l'exécution d'un la tour de réfrigération (réfrigérant) ressemblant à une cheminée, à la Centrale Thermique de Bouchain. La tour avait une hauteur de 70 mètres. Son rôle était de fournir une solution de remplacement provisoire à la place du réfrigérant initial en béton armé qui s'était effondré. Le réfrigérant en tissu industriel, construit avec les matériaux de l'époque, a résisté aux intempéries pendant 6 ans et s'il n'avait pas été remplacé il est probable qu'il aurait résisté plus longtemps. La structure de résistance était constituée d'un mât central relié par des câbles à plusieurs anneaux métalliques. Ces anneaux étaient enrobés par le tissu industriel. Actuellement différents types de tissus nouveaux sont proposés par des fabricants. Comme ordre de grandeur on peut noter que leur épaisseur varie de 0,5 jusqu'à 5 mm. Le tissu de 1 mm a un poids de 1 kg. par m2. 5 10 15 20 25 Par. rapport au béton armé dont la rigidité est essentielle pour assurer la stabilité, la structure de résistance (1A) et le tissu (1B) peuvent se déformer, bien entendu dans certaines limites, sans préjudices pour l'air transporté au sommet de la cheminée. Certains éventuels déchirements du tissu peuvent être réparés relativement facilement, généralement par soudure à air chaud, ce qui n'est pas le cas du béton. Ires scientifiques et les ingénieurs sont arrivés à la conclusion que afin d'être rentable la Cheminée Solaire (1) doit avoir une grande hauteur, au moins 400 mètres. Généralement, pour arriver à une telle hauteur, la structure de résistance métallique (1A) doit être stabilisée par des haubans (8). Une «petite» Cheminée d'environ 400 à 500 mètres nécessite généralement l'appui de haubans (8) constitués de câbles. Pour éviter les contraintes « parasites » dues aux tassements différentiels il est utile de prévoir trois haubans (8). La fondation (6) de la Cheminée doit être isolée par rapport aux fondations (7) des haubans qui, en même temps doivent être isolées entre elles. Pour une « grande » Cheminée dépassant 500 mètres les haubans (8) sont généralement insuffisants. En conséquence les haubans (8) sont remplacés par des structures de résistance auxiliaires (9). Le cas échéant il est nécessaire de doubler le nombre de structures auxiliaires (9) et les placer sur 2 niveaux. Pour les « grandes » Cheminées il est utile de prévoir trois structures auxiliaires (9), éventuellement 2 x 3 = 6 structures auxiliaires placées sur deux niveaux. A instar des « petites » Cheminées afin d'éviter les contraintes dues aux éventuels tassements différentiels parasites les structures auxiliaires ne doivent dépassent le nombre de 3 par niveau. Si nécessaire on peut prévoir neuf structures, c'est à dire trois structures sur trois niveaux. En outre, les fondations (7) des structures auxiliaires doivent être isolées de la fondation de la fondation de la Cheminée (6) et isolées entre elles. L'application industrielle de la Cheminée Solaire (1) ne pose pas de problèmes. 20 25 Liste des Figures Fig. 1. Elévation d'une Cheminée enveloppée de tissu industriel Fig.2. Section verticale dans une Cheminée Fig.3. Structure de résistance (les haubans ne sont pas dessinés) 5 Fig.4. Structure de résistance (les haubans sont dessinés) Fig.5. Section horizontale dans le socle d'une Cheminée Fig.6. Coupe horizontale dans le fût d'une Cheminée Fig.7. Vue d'en haut de la Cheminée Fig.B. Elévation d'une Cheminée enveloppée de tissu industriel 10 Fig.9. Structure de résistance Fig.10. Coupe horizontale dans une Cheminée Liste des Références (1). Cheminée Solaire (1A). Structure métallique faisant corps commun avec (1B) (1B). Tissu industriel faisant corps commun avec (1A) (2). Collecteur (3). Turbine M (4). Toit du Collecteur (5A). Socle en béton (5B). Ouvertures dans le socle permettant l'entrée de l'air chaud (6). Fondation de la Cheminée (7). Fondations des haubans et des structure auxiliaires (8). Haubans (9). Structures auxiliaires REVENDICATIONS1. Structure légère de grande hauteur, portant, dans le cadre de cette invention, la dénomination de Cheminée Solaire (1), caractérisée en ce qu'elle est stabilisée par des haubans (8) ou des structures auxiliaires adéquates (9). 2. Cheminée Solaire (1) selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un fût cylindrique ou proche d'un cylindre. 3. Cheminée Solaire (1) selon la revendication 2 caractérisée en ce que le fût est composé d'un ensemble formé par une structure métallique légère, éventuellement un treillis (1A), enveloppé du sommet et jusqu'à la base d'un tissu industriel (1B). 4. Cheminée Solaire (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les haubans (8) sont constitués de câbles et les structures auxiliaires (9) d'ossatures métalliques. 5. Cheminée Solaire (1) selon la revendication 1 caractérisée en ce que sa fondation (6), les fondations (7) des haubans (8), et celles des structures auxiliaires (9) sont isolées entre elles.