Brevet FR3122915A1 — publié le 20221118

Système de production de vapeur et procédé de désherbage associé L’invention concerne un système de production de vapeur (12), en particulier destiné au désherbage d’un sol, comprenant : - une structure (22) destinée à être portée par un véhicule (14), - un générateur de vapeur d’eau (24) fixé sur la structure (22), le générateur de vapeur (24) comprenant une chaudière (30) et étant configuré pour produire un flux de vapeur d’eau saturée (32) à une pression relative inférieure à 0,2 bar, - au moins un organe de diffusion (26) du flux de vapeur d’eau saturée (32) connecté fluidiquement au générateur de vapeur d’eau (24) et destiné à diffuser ledit flux de vapeur saturée (32) hors de la chaudière (30). Figure pour l'abrégé : Figure 1 Système de production de vapeur et procédé de désherbage associé La présente invention concerne selon un premier aspect un système de production de vapeur. En particulier, le système de production de vapeur est par exemple destiné au désherbage d’un sol. Le système est également adapté à la stérilisation ou au nettoyage des sols, surfaces et façades de bâtiments. Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un ensemble comprenant un véhicule et un système de production de vapeur telle que mentionné ci-dessus. L’invention concerne aussi selon un troisième aspect un procédé de désherbage d’un sol utilisant un système de production de vapeur tel que décrit ci-dessus. Dans le domaine de l’invention, il est connu que la vapeur d’eau peut être utilisée de manière efficace pour des opérations de désherbage en détruisant les cellules des plantes. Le désherbage est ainsi effectué dans le respect de l’environnement dans la mesure où il n’est pas nécessaire d’avoir recours à des produits chimiques. On connait des systèmes de production d’eau surchauffée. Dans ce type de système, la température de l’eau en sortie de chaudière atteint par exemple une température de l’ordre de 180°C. La pression en sortie de chaudière est typiquement de l’ordre de 11 bars. Lors de son évacuation par un organe de diffusion, l’eau surchauffée n’est revaporisée qu’en petite partie seulement lors de sa détente dans l’atmosphère. L’essentiel de l’eau reste sous forme liquide et le système est peu efficace car il ne permet pas de transmettre une grande quantité d’énergie vers la plante à détruire. De plus, l’apport d’eau sous forme liquide favorise la repousse rapide des plantes. On connait également des systèmes de production de vapeur surchauffée. Dans ce type de système, le flux en sortie de la chaudière ne contient que de la vapeur. Cependant, la conductivité thermique de l’eau sous forme vapeur est bien moindre que la conductivité thermique de l’eau sous forme liquide. Il en résulte donc que la vapeur de ce type de système, même si elle a une enthalpie plus élevée que celle de l’eau surchauffée, c’est-à-dire une quantité d’énergie transmissible plus grande, n’est pas en mesure de transmettre toute son énergie vers la plante à cause de la faible conductivité thermique de la vapeur. Un objectif de l’invention est de pallier les inconvénients des systèmes de l’état de la technique en proposant un système de production de vapeur plus efficace, notamment pour des applications de désherbage. A cet effet, l’invention porte sur un système de production de vapeur, en particulier destiné au désherbage d’un sol, comprenant : - une structure destinée à être portée par un véhicule, - un générateur de vapeur d’eau fixé sur la structure, le générateur de vapeur comprenant une chaudière et étant configuré pour produire un flux de vapeur d’eau saturée à une pression relative inférieure à 0,2 bar, - au moins un organe de diffusion du flux de vapeur d’eau saturée connecté fluidiquement au générateur de vapeur d’eau et destiné à diffuser ledit flux de vapeur saturée hors de la chaudière. Dans la présente demande, l’expression « vapeur saturée » est synonyme de l’expression « vapeur saturante » et désigne un état de l’eau dans lequel la phase vapeur est en équilibre avec la phase liquide. L’expression « pression relative » est synonyme de l’expression « pression effective » et désigne la différence entre la pression absolue et la pression atmosphérique. Ainsi, le système de production de vapeur selon l’invention est particulièrement efficace car il permet de transmettre une quantité importante d’énergie vers la plante en profitant de l’enthalpie élevée de la phase vapeur, c’est-à-dire de la bonne capacité de la phase vapeur à emmagasiner de l’énergie et à la transmettre lors de la phase de condensation, ainsi que de la conductivité thermique élevée de la vapeur saturée. La vapeur est ainsi produite à environ 100°C et à une pression proche de la pression atmosphérique. Ceci est particulièrement efficace pour les opérations désherbage. En effet, plus la pression relative augmente, plus l’enthalpie totale augmente, mais la chaleur latente, efficace pour le désherbage, diminue. Enfin, l’utilisation d’une pression proche de la pression atmosphérique permet au système de production de vapeur de l’invention de s’affranchir des contraintes liées notamment à la directive européenne des équipements sous pression (DESP) 2014/68/UE du 15 mai 2014. Le système de production de vapeur est directement porté par le véhicule sans nécessiter de remorque, ce qui facilite son utilisation dans l’espace public. L’organe de diffusion permet de diffuser le flux de vapeur saturée au plus près du végétal pour détruire les cellules végétales. Le temps de contact nécessaire est inférieur à 5 secondes. Le temps de repousse après contact est supérieur à 30 jours. Selon des modes de réalisation différents, le système de production de vapeur comprend en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - la pression relative du flux de vapeur saturée est inférieure à 0,1 bar, de préférence inférieure à 0,07 bar ; - le générateur de vapeur d’eau est un générateur de vapeur à électrodes ou un générateur de vapeur à résistances ; - le générateur de vapeur d’eau comprend un réservoir, le réservoir étant fixé sur la structure et étant apte à recevoir un volume d’eau, le réservoir étant connecté fluidiquement à la chaudière ; - le flux de vapeur d’eau saturée produit par le générateur de vapeur a un débit massique compris entre 15 kg/h et 60 kg/h ; - le générateur de vapeur comprend un générateur de courant électrique fixé sur la structure, le générateur de courant électrique étant destiné à alimenter en énergie la chaudière ; - le système comprend en outre un cardan de transmission) comprenant une première extrémité reliée au générateur de courant électrique et une deuxième extrémité destinée à être connectée à une prise de puissance ou une prise hydraulique du véhicule ; - la structure comprend un dispositif de fixation destiné à être fixé sur un attelage trois-points du véhicule. Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un ensemble comprenant un véhicule et un système de production de vapeur tel que décrit ci-dessus, la structure du système de production de vapeur étant portée par le véhicule. Selon un troisième aspect, l’invention concerne un procédé de désherbage d’un sol avec un système de production de vapeur tel que décrit ci-dessus, le procédé comprenant les étapes suivantes : - production d’un flux de vapeur d’eau saturée à une pression relative inférieure à 0,2 bar avec le générateur de vapeur, - diffusion du flux de vapeur d’eau saturée hors du générateur de vapeur à l’aide de l’organe de diffusion orienté en direction du sol. D’autres aspects et avantages de l’invention apparaitront à la lecture de la description qui suit, donnée à titre d’exemple et faite en référence aux dessins annexés parmi lesquels : - la est une représentation schématique d’un ensemble selon l’invention, et - la est une représentation schématique d’un générateur de vapeur du système de production de vapeur selon un mode de réalisation particulier. La représente de manière schématique un ensemble 10 selon l’invention. L’ensemble 10 comprend un système de production de vapeur 12 et un véhicule 14. Le véhicule 14 est par exemple un tracteur. Selon l’invention, le système de production de vapeur 12 est porté par le véhicule 14, de préférence par une extrémité arrière du véhicule 14. Ainsi, de préférence, le système de production de vapeur 12 s’étend en saillie depuis l’extrémité arrière du véhicule 14 en porte-à-faux. L’extrémité arrière du véhicule 14 comprend avantageusement un système d’attelage 16, de préférence un système d’attelage apte à porter le système de production de vapeur 12. Par exemple, le système d’attelage 16 est un système d’attelage trois-points 18 connu de l’état de la technique. De préférence, le véhicule 14 comprend une prise de puissance 20 encore appelée prise de force. La prise de puissance 20 est destinée à transmettre le couple du moteur du véhicule 14 au système de production de vapeur 12 comme nous le verrons plus loin. La prise de puissance 20 comprend un arbre cannelé mobile en rotation. En variante ou en complément, le véhicule 14 comprend une prise hydraulique (non représentée) connectée à un système hydraulique. La prise hydraulique a une fonction similaire à celle de la prise de puissance 20. Le système de production de vapeur 12 comprend une structure 22, un générateur de vapeur d’eau 24 fixé sur la structure 22, et au moins un organe de diffusion 26 connectée fluidiquement au générateur de vapeur 24. La structure 22 est portée par le véhicule 14. En particulier, la structure 22 comprend de préférence un dispositif de fixation 28 fixé sur l’attelage trois-points 18 du véhicule. Ceci est particulièrement avantageux car le système de production de vapeur 12 est directement porté par le véhicule 14. Il ne nécessite pas l’utilisation d’une remorque tractée par le véhicule 14. Le véhicule 14 se déplace ainsi plus aisément dans l’espace public et n’est pas soumis aux réglementations contraignantes des véhicules tractant une remorque. Selon l’invention, le générateur de vapeur 24 comprend une chaudière 30 et est configuré pour produire un flux de vapeur d’eau saturée 32 à une pression relative inférieure à 0,2 bar. De préférence, la pression relative du flux de vapeur saturée 32 est inférieure à 0,1 bar, de préférence inférieure à 0,07 bar. De préférence, le flux de vapeur a un pourcentage massique de vapeur supérieur à 90%. Le générateur de vapeur 24 comprend en outre de préférence un réservoir d’eau 34 fixé sur la structure 22, et/ou un générateur de courant électrique 36 et/ou un cardan de transmission 38. Le générateur de vapeur 24 est de préférence un générateur de vapeur à électrodes 40. Un exemple de générateur de vapeur à électrodes 40 est représenté schématiquement sur la . La chaudière 30 du générateur de vapeur 40 comprend un cylindre 42, une ligne d’arrivée d’eau 44, une colonne d’eau 46, un godet de remplissage 48 et au moins deux électrodes 50. Le cylindre 42 comprend une extrémité inférieure 52 et une extrémité supérieure 54 à l’opposé de l’extrémité inférieure 52. L’extrémité inférieure 52 est connectée fluidiquement à une extrémité inférieure 56 de la colonne d’eau 46. La colonne d’eau 46, par l’intermédiaire de la ligne d’arrivée d’eau 44, alimente le cylindre 42 en eau de sorte à maintenir un volume d’eau prédéterminé à l’intérieur du cylindre 42. Les électrodes 50 sont plongées dans le volume d’eau du cylindre 42. Le générateur de courant électrique 36 est connecté électriquement aux électrodes 50 et génère un courant électrique qui circule dans les électrodes 50 et l’eau du cylindre 42. Ceci entraîne la création du flux de vapeur saturée 32 à l’intérieur du cylindre 42 qui s’échappe par l’extrémité supérieure 54 du cylindre 42. L’eau est par exemple de l’eau de pluie ou de l’eau du réseau. La conductivité électrique de l’eau est par exemple comprise entre 30µS/cm et 1200µs/cm. La colonne d’eau 46 comprend une portion principale 58 s’étendant selon une direction sensiblement verticale et une portion de connexion 60 reliée à la portion principale 58. La portion de connexion 60 comprend une première extrémité 62 connectée fluidiquement à l’extrémité inférieure 52 du cylindre 42 et une deuxième extrémité 64, à l’opposé de la première extrémité 62, connectée fluidiquement à une extrémité inférieure 66 de la portion principale 58. La portion principale 58, comprend en outre une extrémité supérieure 68 libre. Lors du fonctionnement du générateur de vapeur 40, le niveau d’eau dans la colonne d’eau 46 est maintenu constant, c’est-à-dire que l’eau remplit complètement la colonne d’eau 46 de l’extrémité inférieure 66 jusqu’à l’extrémité supérieure 68 de la portion principale 58. L’extrémité supérieure 68 de la portion principale 58 est disposée à une hauteur selon la direction verticale supérieure à celle du niveau d’eau dans le cylindre 42. La différence de hauteur entre le niveau d’eau dans le cylindre 42 et le niveau d’eau dans la portion principale 58 de la colonne d’eau 46 est représentée sur la par la différence de hauteurs dh. Comme expliqué plus haut, l’extrémité supérieure 68 de la portion principale 58 de la colonne d’eau 46 étant en contact avec l’atmosphère, la pression relative du flux de vapeur saturée 32 en sortie du cylindre 42 correspond à la pression d’une colonne d’eau de hauteur dh. La pression générée par la colonne d’eau permet de s’assurer que le flux de vapeur saturée 32 généré par le cylindre 42 s’échappe par l’extrémité supérieure 54 du cylindre 42. L’homme du métier peut donc choisir la hauteur dh de sorte à obtenir un flux de vapeur saturée 32 ayant une pression relative faible, inférieure à 0,2 bar, de préférence inférieure à 0,1 bar, par exemple inférieure à 0,07 bar. De préférence, le flux de vapeur saturée 32 produit par le générateur de vapeur 24 a un débit massique compris entre 15 kg/h et 60 kg/h. La ligne d’arrivée d’eau 44 comprend une première extrémité 70 connectée fluidiquement au réservoir d’eau 34 et une deuxième extrémité 72, à l’opposé de la première extrémité 70, connectée fluidiquement au godet de remplissage 48. La ligne d’arrivée d’eau 44 déborde dans le godet de remplissage 48. De préférence, la chaudière 30 comprend une ligne de trop plein (non représentée) destinée à évacuer le trop plein d’eau en cas de débordement. En variante, le générateur de vapeur 24 est un générateur de vapeur à résistances, encore appelé générateur de vapeur à lit ionique. Dans ce type de générateur de vapeur, les électrodes sont remplacées par des résistances chauffantes plongées dans le volume d’eau du cylindre 42 et adaptées pour mettre en ébullition l’eau du cylindre 42 et générer le flux de vapeur saturée 32. Le réservoir 34 est apte à recevoir un volume d’eau. Le réservoir 34 est connecté fluidiquement à la chaudière 30 par une pompe (non représentée). En variante, le réservoir 34 est positionné en hauteur au-dessus de la chaudière 30 sans nécessiter de pompe. Le réservoir 34 a un volume interne par exemple compris entre 100 L et 300 L. Le générateur de courant électrique 36 est de préférence fixé sur la structure 22. Le générateur de courant 36 est destiné à alimenter en énergie la chaudière 30. Par exemple, le générateur de courant électrique 36 est apte à fournir une tension de 400 V triphasée. De préférence, le cardan de transmission 38 comprend une première extrémité 74 reliée au générateur de courant électrique 36 et une deuxième extrémité 76 connectée à la prise de puissance 20 du véhicule 14 ou à la prise hydraulique du véhicule 14. De préférence, le générateur de courant 36 est relié à la terre selon le régime TN-S (pour Terre Neutre – Sécurité) défini par les normes IEC 60364 d’août 2009 et NFC 15-100 de juin 2015. L’organe de diffusion 26 est par exemple un bras articulé manuel. L’organe de diffusion 26 permet alors à un opérateur d’appliquer le flux de vapeur saturée 32 vers le sol lors des opérations de désherbage. En variante, l’organe de diffusion 26 est un bras motorisé ou une rampe motorisée contrôlés par exemple par le conducteur du véhicule 14. Ainsi, le système de production de vapeur 12 selon l’invention est particulièrement avantageux car il permet de transmettre une quantité importante d’énergie vers la plante en profitant de l’enthalpie élevée de la phase vapeur, c’est-à-dire de la bonne capacité de la phase vapeur à emmagasiner de l’énergie et à la transmettre lors de la phase de condensation, ainsi que de la conductivité thermique élevée de la vapeur saturée. Le système de production de vapeur 12 est facile à utiliser dans l’espace public car il est directement porté par le véhicule 14 sans nécessiter de remorque. L’organe de diffusion 26 permet de diffuser le flux de vapeur saturée 32 au plus près du végétal pour détruire les cellules végétales. Le temps de contact nécessaire est inférieur à 5 secondes. Le temps de repousse après contact est supérieur à 30 jours. Système de production de vapeur (12), en particulier destiné au désherbage d’un sol, comprenant : - une structure (22) destinée à être portée par un véhicule (14), - un générateur de vapeur d’eau (24) fixé sur la structure (22), le générateur de vapeur (24) comprenant une chaudière (30) et étant configuré pour produire un flux de vapeur d’eau saturée (32) à une pression relative inférieure à 0,2 bar, - au moins un organe de diffusion (26) du flux de vapeur d’eau saturée (32) connecté fluidiquement au générateur de vapeur d’eau (24) et destiné à diffuser ledit flux de vapeur saturée (32) hors de la chaudière (30). Système de production de vapeur (12) selon la revendication 1, dans lequel la pression relative du flux de vapeur saturée (32) est inférieure à 0,1 bar, de préférence inférieure à 0,07 bar. Système de production de vapeur (12) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le générateur de vapeur d’eau (24) est un générateur de vapeur à électrodes (40) ou un générateur de vapeur à résistances. Système de production de vapeur (12) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le générateur de vapeur d’eau (24) comprend un réservoir (34), le réservoir (34) étant fixé sur la structure (22) et étant apte à recevoir un volume d’eau, le réservoir (34) étant connecté fluidiquement à la chaudière (30). Système de production de vapeur (12) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le flux de vapeur d’eau saturée (32) produit par le générateur de vapeur (24) a un débit massique compris entre 15 kg/h et 60 kg/h. Système de production de vapeur (12) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le générateur de vapeur (24) comprend un générateur de courant électrique (36) fixé sur la structure (22), le générateur de courant électrique (36) étant destiné à alimenter en énergie la chaudière (30). Système de production de vapeur (12) selon la revendication 6, comprenant en outre un cardan de transmission (38) comprenant une première extrémité (74) reliée au générateur de courant électrique (36) et une deuxième extrémité (76) destinée à être connectée à une prise de puissance (20) ou une prise hydraulique du véhicule (14). Système de production de vapeur (12) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la structure (22) comprend un dispositif de fixation (28) destiné à être fixé sur un attelage trois-points (18) du véhicule (14). Ensemble (10) comprenant un véhicule (14) et un système de production de vapeur (12) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, la structure (22) du système de production de vapeur (12) étant portée par le véhicule (14). Procédé de désherbage d’un sol avec un système de production de vapeur (12) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, le procédé comprenant les étapes suivantes : - production d’un flux de vapeur d’eau saturée (32) à une pression relative inférieure à 0,2 bar avec le générateur de vapeur (24), - diffusion du flux de vapeur d’eau saturée (32) hors du générateur de vapeur (24) à l’aide de l’organe de diffusion (26) orienté en direction du sol.