Brevet FR3081337A1 — publié le 20191129

Brevet : Epuration de l'air par et sur engins mobiles, transports passagers, marchandises, machines agricoles, engins travaux publics. Le présent brevet concerne un système ayant pour objectif la dépollution de l'air afin d'en améliorer la qualité. Ce système est adaptable à tout mobile, terrestre, marin, aérien, se déplaçant dans l'air ambiant. Avant de décrire ce système, nous rappellerons les effets nocifs de la pollution de l'air sur la santé et l'environnement. En France, les valeurs limites de la qualité de l'air ne sont pas respectées dans plusieurs zones. La pollution atmosphérique représente aujourd'hui le premier sujet de préoccupation environnementale des Français. Quels sont les mécanismes de la pollution de l'air ? Les phénomènes naturels (éruptions volcaniques, incendies de forêts...) mais surtout les activités humaines (industrie transports, agriculture, chauffage résidentiel...) sont à l'origine d'émissions de polluants, sous forme de gaz ou de particules, dans l'atmosphère. Une fois émises dans l'air, ces substances sont transportées sous l'effet du vent, de la pluie, des gradients de températures dans l'atmosphère et cela parfois jusqu'à des milliers de kilomètres de la source d'émission. Elles peuvent également subir des transformations par réactions chimiques sous l'effet de certaines conditions météorologiques (chaleur, lumière, humidité...) et par réactions dans l'air entre ces substances. Il en résulte l'apparition d'autres polluants. Il existe deux catégories de polluants atmosphériques : les polluants primaires, émis directement : monoxyde d'azote, dioxyde de soufre, monoxyde de carbone, particules (ou poussières), métaux lourds, composés organiques volatils, hydrocarbures aromatiques polycycliques... les polluants secondaires issus de transformations physico-chimiques entre polluants de l'air sous l'effet de conditions météorologiques particulières : ozone, dioxyde d'azote, particules)... Quels sont les effets de la pollution de l'air ? La pollution atmosphérique a des conséquences néfastes sur la santé humaine. La pollution atmosphérique a aussi des conséquences néfastes sur l'environnement à court, moyen et long termes. Ces effets concernent : les bâtis : les polluants atmosphériques détériorent les matériaux des façades (pierre, ciment, verre...) par des salissures et des actions corrosives ; les cultures : l'ozone en trop grande quantité peut entraîner des baisses de rendement de 5 à 20 % selon les cultures ; les écosystèmes : ils sont impactés par l'acidification de l'air et l'eutrophisation. En effet, certains polluants, lessivés par la pluie, contaminent les sols et l'eau, perturbant l'équilibre chimique des végétaux. D'autres, en excès, peuvent conduire à une modification de la répartition des espèces et à une érosion de la biodiversité. En France, la pollution de l'air extérieur représente : -48 000 décès prématurés par an ce qui correspond à 9% de la mortalité en France ; - un coût de la pollution de l'air (extérieur et intérieur) annuel total de 100 milliards d'euros dont une large part liée aux coûts de santé ; - des allergies respiratoires liées aux pollens allergisants chez 30 % de la population adulte et 20% des enfants. 2 La pollution atmosphérique tue 5,5 millions de personnes par an dans le monde (dont 2,6 millions de décès indirects) selon des chiffres 2016 de la Banque mondiale: elle est devenue le quatrième facteur de décès prématuré sur Terre. Maladies cardiovasculaires, cancers des poumons, maladies pulmonaires chroniques, infections respiratoires... La pollution de l'air est coupable d'un décès sur dix dans le monde, six fois plus que le paludisme. La cause est l'Homme et son activité, par les industries, le trafic routier, les incinérateurs de déchets, le chauffage individuel et les centrales électriques aux combustibles fossiles. La pollution dans les villes provoque souvent un brouillard de polluants ou smog, souvent révélateurs de la densité de microparticules et de l'impact du CO2 et autres polluants sur l'environnement. Rappelons quels sont les polluants que le système de dépollution faisant l'objet du présent brevet a pour objectif d'éradiquer ou pour le moins de réduire la teneur dans l'air ambiant dans lequel se déplace un mobile terrestre, marin, aérien : Polluants primaires : - oxydes de carbone. - oxydes de soufre. - oxydes d'azote. - hydrocarbures légers. - composés organiques volatils (COV). - particules (PM10 et PM2.5). - métaux (plomb, mercure, cadmium...). Polluants secondaires non rejetés dans l'atmosphère mais proviennent de réactions chimiques de gaz entre eux. C'est le cas notamment : Des particules secondaires. De l'ozone. Du dioxyde d'azote... Pour les véhicules routiers à moteurs thermiques, à allumage commandé ou à allumage par compression, on peut considérer que : Tout en consommant entre 20 et 25% de carburants en moins, comparés aux moteurs essence de même performance, les diesels ont, en plus, l'avantage d'émettre moins d'hydrocarbures imbrûlés et moins de CO et CO2. Par contre, les diesel constituent une source majeure des émissions de NOx (oxydes d'azote). Or améliorer la combustion diminue, d'une part, les émissions de particules, mais augmente, d'autre part, les émissions de NOx. Par une meilleure coordination des logiciels des calculateurs contrôle moteur, injection, suralimentation, recyclage des gaz d'échappement, catalyseurs, filtre à particules et thermique moteur, les NOx peuvent être réduits drastiquement. Les principaux polluants émis par les véhicules routiers sont les suivants : Gaz carbonique (CO2) Monoxyde de carbone (CO) Oxydes d'azote (NOx) Composés organiques volatiles (COV) : Méthane (CH4) : Particules en suspension (PS) : non nocif, mais actif dans l'effet de serre. toxique, il gêne l'absorption d'oxygène par le sang, mais sa durée de vie est courte. précurseurs de l'ozone, très nocifs. De plus, ils produisent des composés acides au contact de l'humidité. hydrocarbures qui peuvent être cancérigènes (benzène) et participent à la formation de l'ozone. non nocif et de courte durée de vie, mais très actif dans l'effet de serre. suspectées d'effets cancérigènes, les plus fines étant les plus nocives. 3 Oxyde de soufre (S02) produit des composés acides au contact de l'humidité. Ozone (03) : produit indirectement en zone urbaine par l'action du rayonnement ultraviolet solaire sur les Nox et les COV. Très nocif pour le système respiratoire. L'impact sanitaire des particules, du dioxyde d'azote (NO2) et de l'ozone est aujourd'hui démontré. Or le trafic routier est à l'origine de l'émission de nombreux polluants de l'air, notamment de particules et les NOx, en particulier dans les zones urbaines. Pour l'ADEME, la diminution des impacts des transports sur la qualité de l'air passe par une réduction du trafic notamment en milieu urbain, via des actions qui combinent plusieurs types d'évolutions en matière de : besoins de déplacements, D modes de transport (pour les personnes comme pour les marchandises), types de mobilité (vélo, marche à pied ...), organisation de ces mobilités (systèmes de libre-service, de co-voiturage, d'autopartage ...) En second lieu, les évolutions du parc en termes de motorisations et carburants (d'origine fossile, carbu-rants de synthèse, électricité, hydrogène ...) permettent de diminuer l'impact de la circulation des véhi-cules. Des engagements internationaux fixent des objectifs de réduction ou de limitation des émissions des polluants. De plus, des directives européennes établissent, pour les concentrations dans l'air, des valeurs limites à ne pas dépasser. Le système objet du présent brevet, adaptable sur tout mobile se déplaçant dans l'air, a pour but de réduire voire éradiquer non seulement les polluants émis par le transport (véhicules routiers, ferroviaires, les navires (petits, moyens et grands), les aéronefs) mais également les polluants émis par le chauffage, l'industrie, l'agriculture et les phénomènes naturels ( éruptions volcaniques, incendies). Ce système, montable sur tout mobile, est constitué d'une partie canalisation de l'air dans lequel ce mobile se déplace et d'une partie épurateur d'air recevant l'air ainsi canalisé, le traitant par retenue des polluants et laissant l'air dépollué en tout ou partie rejoindre l'air ambiant. A titre d'exemple, sur un véhicule routier, ce système est indépendant des systèmes de réduction des émissions moteur ( combustion, traitement aval) de plus en plus performants, il s' ajoute au véhicule sous forme d'entrée/s d'air, existantes ou non, frontale/s, latérale/s, par le dessous ou le dessus, de déflecteur/s ou canalisation/s orientant l'air ambiant vers un épurateur monté sur le véhicule. Cet épurateur pouvant être situé sous le véhicule, dans le coffre arrière, intégré aux pare-chocs avant, arrière ou tout autre partie du véhicule. L'air dépollué après passage dans l'épurateur est rejeté à l'atmosphère. Ce système n'étant pas monté comme le traitement aval actuel dans la ligne d'échappement, il ne s'en suit aucune contre pression à l'échappement des gaz de combustion moteur ce qui ne nuit donc pas aux performances moteur. En utilisant à titre d'exemple, les ouvertures d'air frontales actuelles pour le refroidissement moteur et freins, en canalisant cet air sous le véhicule par déflecteurs ou canalisations, en logeant l'épurateur dans les espaces libres sous le véhicule, dans le coffre ou le pare choc arrière. Autre exemple, l'épurateur peut être intégré dans le pare choc avant. Ce système est peu coûteux, l'additif prix étant essentiellement celui de l'épurateur. Comparé aux surpoids, sur volumes, surcoûts des batteries d'un véhicule électrique, ce système est très compétitif. Il peut faire l'objet d'incitation fiscale. Comme il traite l'air ambiant, il est également montable sur un véhicule électrique. Il traite également les particules émises par les pneumatiques, les freins, les embrayages, la chaussée, remises en suspension après passage d'un véhicule. 4 Dans la circulation, un véhicule équipé de ce système épurateur air ambiant traite les émissions des autres véhicules de même que les émissions de toutes les autres sources précédemment indiquées. Un second type d'épurateur dit épurateur gaz échappement, peut être utilisé pour la dépollution propre du véhicule sur lequel il est monté, en récupérant les gaz sortant de ['échappement et ayant traversé le post traitement de la ligne d'échappement (filtre à particules, catalyseurs) pour les traiter à nouveau. Les sorties d'échappement à l'air libre classiques sont remplacées par des sorties vers cet épurateur additif pour traiter les gaz plus complètement, avant d'être relâchés à l'atmosphère. Il doit être conçu et dimensionné pour minimiser la contrepression à l'échappement. Cet épurateur gaz échappement peut, à titre d'exemple, se situer à l'arrière du véhicule voire intégré au pare choc arrière. Pour son implantation, Il faut prendre en considération l'échauffement dû aux gaz d'échappement encore chauds en sortie du système d'échappement actuel. Les épurateurs air ambiant et gaz d'échappement additionnels aux véhicules actuels peuvent être montés l'un ou l'autre et l'un et l'autre sur un même véhicule. La tendance a monté la majeure partie de l'ensemble des dispositifs du traitement aval (filtre à particules, catalyseurs) près du moteur, sous capot moteur, pour les véhicules à moteur thermique, libère de la place sous le véhicule, ce qui facilite l'implantation de ces épurateurs additionnels. Ces épurateurs additionnels sont facilement et économiquement implantables sur un véhicule à moteur thermique à carburants fossiles traditionnels (gazole, essence), sachant que, comparativement : - en volume: à un volume V en gazole, correspond en carburant : 1,1 V en essence; 1,4 V en GPL; 1,7 V en LNG, 4,2 V en LH2; 5,2 V en CH4; 5V en H2; 20 V Batterie lithium-ion. - en poids, énergie et contenant : pour une autonomie 500 Km, 40 Kg en gazole, 43 Kg en essence, 100 Kg en hydrogène, 400 Kg en batterie. - en prix : coût des batteries pour un véhicule électrique : de l'ordre de 6000E. Le présent brevet concerne l'addition d'épurateurs air ambiant et/ou gaz d'échappement et non la technologie propre de l'épurateur qui peut relever des technologies suivantes : purificateurs d'air par filtration, purificateurs d'air par ioniseur, purificateurs d'air par combustion, purificateurs d'air par plasma, purificateurs d'air par photo catalyse, purificateurs d'air par adsorption. Ces technologies pouvant être utilisées isolément ou combinées. Les épurateurs additifs précédemment décrits sont à adapter sur les véhicules nouveaux sortant de chaîne de production, dit en première monte, et peuvent être adaptés à des véhicules déjà en circulation, dit en "rétro fit". En retro fit, l'épurateur air ambiant est facile à adapter en utilisant les entrées d'air existantes sur un véhicule. D'autres entrées d'air peuvent cependant être créées. L'épurateur échappement peut être monté à partir de la modification de la partie arrière du système d'échappement actuel. L'intérêt de l'épurateur air ambiant adapté à un véhicule terrestre(routier, ferroviaire), un navire, un avion, à moteur thermique et / ou électrique est de purifier l'air ambiant, pollué par lui- même, par les autres véhicules et par les autres sources de pollution (naturelles ou liées aux activités humaines. Le vehicule apporte non seulement correction à son incidence polluante propre, mais participe à la pollution atmosphérique globale. L'intérêt de l'épurateur gaz échappement est de parfaire le système de dépollution intégrée aux véhicules actuels. En conjuguant les deux épurateurs additionnels, on conjugue deux épurations : air ambiant, gaz d'échappement. L'objectif étant de préserver les avantages des moteurs thermiques ( autonomie, coûts, infrastructures existantes, recyclabilité), avantages acquis par leur amélioration en continu depuis 1892, création du moteur par Rodolphe Diesel, en corrigeant le défaut essentiel subsistant à savoir l'émission de gaz polluants. En terme de CO2, le véhicule électrique, en "Well to Wheel", de la source à la roue, en est aussi émetteur à partir de centrale à énergie fossile, ne l'est pas à partir de centrale nucléaire qui présente d'autres inconvénients écologiques. - Les systèmes objet du présent brevet ne nécessitent aucune infrastructure à mettre en place, ne pose aucun problème d'alimentation électrique, de recyclabilité et sont peu coûteux. Jean Coudre Plouha le 27/07/2018 DEMANDE de BREVET d'INVENTION REVENDICATIONS1. Tout engin mobile, terrestre, marin, aérien engendre pour sa création, son utilisation des émissions polluantes ou non (Ex : particules, NOx, COV, COSV, CO2), l'invention concerne un système d'épuration de l'air atmosphérique adaptable à l'engin considéré, pouvant traiter l'ensemble des polluants contenus dans l'air atmosphérique provenance non seulement des modes de transport mais d'autres sources ( Ex: chauffage, industrie, Autres). 2. Le système mentionné en revendication 1 doit comporter un dispositif d'entrée d'air atmosphérique, une canalisation de cet air, un élément épurateur, une sortie de l'air vers l'atmosphère, partiellement ou totalement épuré. 3. Le dispositif d'entrée d'air atmosphérique mentionné en revendication 2 peut être une ou plusieurs ouvertures ménagées sur l'engin considéré, l'air pénétrant par son déplacement. Ouvertures déjà existantes ou à créer. L'entrée d'air peut aussi se faire par l'intermédiaire d'un appareil tel qu'un ventilateur , qu'un compresseur, voire un turbocompresseur. L'engin considéré étant alors mobile ou non ( Ex: groupe électrogène). 4. L'air atmosphérique introduit rejoint l'élément épurateur, comme mentionné en revendication 2, par l'intermédiaire d'une ou plusieurs conduites d'air de forme adaptée à l'engin considéré. 5. L'élément épurateur mentionné en revendication 2, a pour but d'éliminer partiellement voire totalement, les polluants contenus dans l'air atmosphérique, tels que particules, oxydes d'azote, ozone et autres en utilisant les technologies connues ou à créer pour l'épuration d'air. L'emplacement de l'élément épurateur sur l'engin considéré est à adapter à la morphologie du dit engin, mobile ou non. Ex automobile : pare-choc AV, AR, sous châssis, coffre, emplacement roue de secours. 6. L'élément épurateur peut aussi être utilisé pour recevoir les gaz d'échappement d'un moteur thermique, déjà réduits en polluants et CO2, notamment par le traitement aval du système d'échappement, et recueillis à sa sortie, pour parfaire la dépollution et avec sortie à l'air libre. Jean Coudre