Brevet FR3095352A1 — publié le 20201030

Description Titre de l'invention : LAMPADAIRE FILTRANT Domaine technique [0001] Le domaine de l'invention est celui d'un lampadaire urbain comprenant un mât creux abritant un dispositif de filtration d'air et présentant une partie basse destiné à être fixée au sol et une partie haute abritant un dispositif d'éclairage. Technique antérieure [0002] La pollution urbaine, notamment les particules fines présentent dans l'air des villes et des centres industriels, réduit la qualité de vie et pose un danger pour la santé des habitants. Ces particules sont émises entre autres par les gaz d'échappements des véhicules utilisant des moteurs à combustion, par des centrales d'énergie électrique et par les activités industrielles. La réduction des émissions polluantes à la source présentant des limites, on envisage des solutions de dépollution de l'air pollué, particulièrement en milieu urbain, où le plus de gens sont touchés. Ainsi, la demande de brevet chinoise CN 106871302 divulgue un dispositif de dépollution combinant un lampadaire avec un système de filtration intégré dans le mât de ce lampadaire. Plus précisément, le mât est cylindrique et creux, et intègre une entrée d'air, une sortie d'air incluant un extracteur d'air, et une portion de filtrage comprenant un filtre situé à l'intérieur du mât, entre l'entrée et la sortie d'air. En fonction, l'extracteur d'air induit une entrée d'air pollué de l'extérieur du mât à l'intérieur de celui-ci par l'entrée d'air, fait passer cet air pollué à travers le filtre et évacue l'air filtré par la sortie d'air. Cc système a l'inconvénient de reposer entièrement sur un mécanisme d'extraction d'air actif, donc consommant de l'énergie, ce qui a un coût financier et, paradoxalement pour un système de dépollution, est source de pollution. En outre, la forme du mât utilisé entraîne une redirection brutale du flux d'air ne pouvant que freiner ce dernier. Exposé de l'invention 100031 Le but de l'invention est donc de proposer une solution de filtrage d'atmosphère urbaine éliminant ou réduisant les inconvénients du lampadaire filtrant décrit ci-dessus. A cet effet, l'invention a pour objet un lampadaire urbain comprenant un mât creux abritant un dispositif de Filtration d'air et présentant une partie basse et une partie haute abritant un dispositif d'éclairage, caractérisé en ce que le mât présente une section se 2 réduisant progressivement et continûment entre une ouverture basse (112) située en bas de la partie basse du mât et une ouverture haute (122) située en haut de la partie haute du mât, la partie basse du mât ayant une section plus grande que la partie haute du mât, et en ce que le dispositif de filtration d'air est agencé à l'intérieur du niât entre l'ouverture basse et l'ouverture haute, de telle manière à obtenir une filtration d'air environnant en développant par effet Venturi un flux d'air pénétrant dans le mât par l'ouverture basse, sortant du mât par l'ouverture haute et traversant le dispositif de filtration d'air situé entre les deux ouvertures. L'idée à la base de l'invention repose sur l'utilisation de l'effet Venturi apparaissant dans un conduit parcouru par un fluide lorsque le conduit présente une section variable le long de son axe et/ou lorsqu'un différentiel de vitesse de fluide extérieur au conduit apparaît entre deux ouvertures du conduit. En effet, un flux d'air dans un conduit se rétrécissant voit la pression du fluide diminuer avec le rétrécissement, ce qui induit une réaction en boucle renforçant le flux d'air sans nécessiter de système d'aspiration actif et donc consommateur d'énergie. En outre, dans le cas de ce mât creux, on peut s'attendre à un vent plus fort au sommet du mât qu'à sa hase, ce qui peut induire une pression plus basse au niveau de l'ouverture haute qu'au niveau de l'ouverture basse et donc favoriser un flux d'air s'écoulant de l'ouverture basse vers l'ouverture haute. Un tel flux d'air est ici utilisé pour aspirer de l'air pollué depuis l'extérieur du mât, le faire passer par le dispositif de filtration, et rejetant l'air ainsi dépollué à l'extérieur du mât. Le lampadaire urbain selon l'invention peut présenter les particularités suivantes un axe longitudinal du mât est incurvé continûment de l'ouverture basse à l'ouverture haute ; dans la partie basse du mât, un axe longitudinal du mât est rectiligne ; la partie haute peut être équipée d'un extracteur d'air agencé pour extraire de l'air de l'intérieur du mât par l'ouverture haute ; l'extracteur d'air peut être susceptible de fonctionner comme un générateur de courant électrique ; le dispositif de filtration d'air peut comprendre au moins l'un d'un filtre mécanique et d'un filtre électrique ; le filtre électrique peut être un filtre électrostatique ; le filtre mécanique peut être un filtre à charbon ; et le dispositif d'éclairage peut être situé le long du passage du flux d'air entre l'ouverture basse et l'ouverture haute de manière à être refroidi par celui-ci. [0004] Description sommaire des dessins [0005] La présente invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la 3 lecture de la description qui suit et des dessins annexés dans lesquels : les figures 1 et 2A sont des illustrations schématiques d'un lampadaire urbain selon l' invention ; et la figure 2B est une vue schématique d'éléments intégrés dans le lampadaire urbain des figures 1 et 2A. [0006] Description d'un mode de réalisation [0007] La figure 1 illustre de façon schématique un lampadaire urbain 100 selon l'invention, avec un mât 101 creux s'étendant le long d'un axe longitudinal 102, comprenant une partie basse 110 destinée à être fixée au sol et une partie haute 120 arrangée pour être située plus haut que la partie basse 110. Le mât 101 est effilé du bas de partie basse 110 au bout de sa partie haute 120 de sorte qu'une section de la partie basse est plus grande qu'une section de la partie haute, les sections étant considérées selon des plans de coupe perpendiculaires à l'axe longitudinal 102, le volume intérieur du mât formant ainsi un conduit de section se rétrécissant vers le sommet du mât, de préférence de manière continue et régulière afin de favoriser un écoulement régulier d'un flux d'air traversant le mât en réduisant les sources de freinage de ce flux d'air, tels des changements brutaux de direction, des irrégularités de surface ou des variations abruptes de section engendrant des turbulences. Tl est ici entendu que le volume intérieur du mât reflète son aspect extérieur, avec des parois d'épaisseur généralement constante. La figure 1 illustre un mât de coupe transversale de forme généralement triangulaire, mais d'autres formes sont possibles, par exemples des formes généralement circulaires, elliptiques ou polygonales. Une première section est considérée comme plus grande qu'une seconde section lorsque sa surface est plus grande que la surface de la seconde section. La partie basse 110 comprend une ou plusieurs ouvertures 112a formant une ouverture basse 112 permettant à l'air environnant le lampadaire urbain de pénétrer à l'intérieur du mât 101. La partie haute 120 comprend une ou plusieurs ouvertures 112b formant une ouverture haute 122 permettant à l'air situé à l'intérieur du mât de passer à l'extérieur de celui-ci, un extracteur d'air 126 agencé pour faire passer de l'air de l'intérieur du mât vers l'extérieur par l'ouverture haute, et un dispositif optionnel d'éclairage 125 comprenant une ou plusieurs sources de lumière 124. Le dispositif d'éclairage 125 est disposé dans le mât de manière à se situer au moins partiellement entre l'ouverture haute et l'ouverture basse, c'est-à-dire le long d'un passage d'air s'étendant de l'ouverture basse à l'ouverture haute, de manière à pouvoir être refroidi par un flux d'air s'écoulant entre les deux ouvertures. Cette configuration est avantageuse en ce que, indépendamment de toute filtration, la durée de vie du système et la fiabilité du système d'éclairage sont augmentées. Dans ce mode de réalisation, l'axe longitudinal 102 et le niât 101 peuvent être incurvés continûment de l'ouverture basse à l'ouverture haute, comme illustré par la figure 1, ce qui présente l'avantage d'orienter les sources de lumière 124 vers une zone d'intérêt à éclairer tout en limitant le freinage d'un flux d'air dans le mât jusqu'à ces sources de lumières grâce à une courbe douce, par opposition à un lampadaire comprenant un niât généralement vertical et droit auquel vient se rattacher dans sa partie haute une extension s'étendant latéralement et supportant une source de lumière, une telle géométrie imposant un passage coudé freinant un flux d'air qui traverserait successivement le mât droit et l'extension latérale, comme dans le brevet CN 106871302. Il est préférable que la surface intérieure du conduit formé par le volume intérieur du lampadaire comporte le moins possible d'irrégularités de formes telles des décrochements ou des épaulements, qui seraient sources de turbulences et de ralentissement du flux d'air, de manière à favoriser l'entretien et le développement d'un flux d'air par effet Venturi. Le point précédent peut se traduire en autres par le fait qu'il est préférable que, entre l'ouverture basse et l'ouverture haute, une fonction mathématique représentant la section du mât (une aire pouvant s'exprimer en unité de surface) en fonction d'une position le long de son axe ne présente pas de variations brusques et/ou de points d'inflexions, et donc qu'une dérivée première de cette fonction varie continûment et/ou qu'une dérivée seconde de fonction courbe ait un signe invariant. L'axe longitudinal 102 et le mât 101 peuvent également comprendre une portion rectiligne comme illustré par la figure 2A, en particulier, mais pas seulement, dans leurs parties inférieures, avec pour avantages : de pouvoir être installés rapidement et à moindre frais sur des bases d'anciens lampadaires ou autres parties basses de pylônes existant, tels des pylônes de tramway, de trolleybus ou ferroviaires ; ou encore de réseau électrique, de télécoms ou autre ; et d'atteindre plus facilement de grandes hauteurs sans occuper un volume important, et en facilitant le passage du flux d'air. Dans une telle configuration, il est préférable que la portion rectiligne du mât se situe dans la continuité d'une portion courbe du mât qui s'y rattache, les tangentes aux axes de ces portions se confondant à leur point de rattachement afin de limiter les sources de perturbation du flux d'air. Dans cette configuration, les sources de lumières sont situées sur une portion de la partie haute faisant face vers le bas, afin d'éclairer par exemple une voie de circulation. Le mât contient un dispositif de filtration 130 situé entre la partie basse 110 et la partie haute 120 et abritant un ou plusieurs filtres, ici un filtre électrique 132 comme un filtre électrostatique et un filtre mécanique 134 comme un filtre à charbon ou un filtre HEPA (High Efficiency Particulate Air). Un filtre électrostatique présente l'avantage de ne quasiment pas freiner le flux d'air. La filtration de l'air environnant le mât repose sur un phénomène d'aspiration par effet Venturi, phénomène provoqué par un courant d'air initial et par la variation de la section intérieure du niât. L'effet Venturi peut être décrit comme une diminution de la pression d'un fluide circulant longitudinalement dans un conduit de section transversale variable ; la diminution de la section de ce conduit induit une diminution de la pression qui provoque un effet d'aspiration. Dans le cas présent, le niât du lampadaire urbain, effilé et présentant donc une section transversale plus grande à sa partie basse qu'à sa partie haute, constitue le conduit et l'air environnant le lampadaire urbain constitue le fluide. Un courant d'air initial, causé par exemple par une température du mât plus haute à sa partie haute qu'à sa partie basse ou par une différence de vitesse dans le vent aux niveaux des ouvertures basses et hautes, provoque un flux d'air montant de l'ouverture basse vers l'ouverture haute. A l'intérieur du mât, du fait de l'effet Venturi, la pression de l'air au niveau de la partie haute est plus basse qu'au niveau de l'extrémité basse, cc qui provoque un effet d'aspiration renforçant le flux d'air montant. Cet effet d'aspiration est mis à profit pour aspirer l'air environnant pollué AP à travers l'ouverture basse 112, le faire passer à travers le dispositif de filtration 130 où il est filtré, puis rejeté sous forme d'air filtré AF par l'ouverture haute, comme indiqué par les flèches de la figure 1. Un avantage d'aspirer l'air par l'ouverture basse située en bas de la partie basse est que l'air aspiré se situe à proximité de la strate d'air recevant les gaz d'échappement des voitures, par exemple à une hauteur située entre 20 cm et 1 m au-dessus du sol, ce qui permet d'augmenter l'efficacité de la filtration en traitant l'air le plus concentré en particules fines et le plus nocif pour de jeunes enfants. Le courant d'air initial peut avoir plusieurs causes, comme le rayonnement solaire frappant le lampadaire urbain le jour ou la mise en route du système d'éclairage le reste du temps, qui peuvent provoquer un différentiel thermique positif entre la partie haute et la partie basse du lampadaire et donc un mouvement d'air ascendant. On peut également mettre en route de l'extracteur d'air 126 pour initier un courant d'air et stopper l'extracteur une fois un flux d'air stable établi par effet Venturi, ou maintenir l'extracteur d'air en fonctionnement pour renforcer l'extraction d'air naturelle par effet Venturi avec une extraction forcée par l'extracteur, par exemple en cas de besoin important de filtration d'air si le niveau de pollution est trop important et doit être abaissé rapidement. 6 A ces fins, un capteur de débit d'air et/ou de pollution atmosphérique 240 peuvent être intégrés au mât 101. L'extracteur d'air peut être arrangé pour être actionné par le vent de manière à générer du courant électrique destiné à alimenter par exemple le filtre électrique 132 ou le dispositif d'éclairage 125, ou à charger une batterie 231 intégrée dans le mât et destinée à alimenter le lampadaire urbain 100. Comme indiqué par la figure 2B, le lampadaire urbain peut intégrer une pluralité d'éléments lui conférant des fonctionnalités variées et permettant un contrôle fin de ce lampadaire urbain. Il peut en particulier intégrer des panneaux solaires 129, un système de connexion au réseau électrique urbain 230, la batterie 231 afin de stocker l'énergie produite par les panneaux solaires et/ou l'extracteur d'air utilisé comme éolienne et ainsi permettre au lampadaire urbain de fonctionner de façon autonome, un capteur de débit d'air 240, un système de communication 220 arrangé pour, par exemple, communiquer à l'extérieur un niveau de pollution mesuré par le capteur de pollution atmosphérique 250 ou des résultats de mesures du capteur de débit d'air 240, et un système de contrôle/ commande 260 configuré pour contrôler l'intensité du flux d'air traversant le niât 101 en fonction d'une commande extérieure, de résultats de mesures du capteur de débit d'air, et/ou de résultats de mesure du capteur de pollution atmosphérique, par exemple pour mettre en route l'extracteur d'air lorsque le niveau de pollution passe au-dessus d'un seuil prédéterminé ou lorsque le débit d'air traversant le mât est en-dessous d'un seuil prédéterminé. Le lampadaire selon l'invention peut être fabriqué à neuf en totalité, ou bien en modifiant un pylône préexistant, tel qu'un pylône électrique ou téléphonique, en ménageant une ouverture à la base de ce pylône préexistant de manière à former l'ouverture basse 112 du lampadaire, éventuellement en sectionnant le sommet de ce pylône lorsque nécessaire, et en le coiffant d'un élément correspondant à la partie haute 120 du lampadaire. Le dispositif de filtration peut être disposé à l'intérieur du pylône préexistant, mais il peut également être installé de manière à coiffer le sommet de ce pylône et être mis en place au sommet du pylône en même temps que la partie haute, sous forme d'un kit formé d'un assemblage comprenant le dispositif de filtration 130 et la partie haute 120. 7 REVENDICATIONS[Revendication 1] Lampadaire urbain (100) comprenant un niât (101) creux abritant un dispositif de filtration d'air (130) et présentant une partie basse (110) et une partie haute (120) abritant un dispositif d'éclairage (125), caractérisé en ce que le mât (101) présente une section se réduisant progressivement et continûment entre une ouverture basse (112) située en bas de la partie basse du niât et une ouverture haute (122) située en haut de la partie haute du mât, la partie basse (110) du mât ayant une section plus grande que la partie haute (120) du mât, et en ce que le dispositif de filtration d'air (130) est agencé à l'intérieur du mât entre l'ouverture basse (112) et l'ouverture haute (122), de telle manière à obtenir une filtration d'air environnant en développant par effet Venturi un flux d'air pénétrant dans le mât par l'ouverture basse, sortant du mât par l'ouverture haute et traversant le dispositif de filtration d'air (130) situé entre les deux ouvertures (112, 122). [Revendication 2] Le lampadaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un axe lon- gitudinal (102) du mât est incurvé continûment de l'ouverture basse à l'ouverture haute. [Revendication 3] Le lampadaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans la partie basse du mât, un axe longitudinal (102) du mât est rectiligne. [Revendication 4] Le lampadaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie haute est équipée d'un extracteur d'air (126) agencé de manière à extraire de l'air de l'intérieur du mât par l'ouverture haute. [Revendication 5] Le lampadaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'extracteur d'air est susceptible de fonctionner comme un générateur de courant électrique. [Revendication 6] Le lampadaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de filtration d'air comprend au moins l'un d'un filtre mécanique (134) et d'un filtre électrique (132). [Revendication 7] Le lampadaire selon la revendication 6, caractérisé en ce que le filtre électrique (132) est un filtre électrostatique. [Revendication 8] Le lampadaire selon la revendication 6, caractérisé en ce que le filtre mécanique (134) est un filtre à charbon. [Revendication 9] Le lampadaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'éclairage (125) est situé le long du passage du flux d'air entre l'ouverture basse et l'ouverture haute de 8 manière à être refroidi par celui-ci.