Brevet FR3119727A1 — publié le 20220819

L’invention concerne une structure (1) pour refroidir et humidifier une zone (2) prédéterminée, notamment agricole, traversée par un vent (6), ladite structure (1) étant apte à être alimentée en eau, caractérisée en ce qu’elle comporte un circuit d’alimentation en eau, des pylônes (4, 4a, 4b), une rampe (5) comportant des buses (7) de pulvérisation d’eau fixée auxdits pylônes (4, 4a, 4b) et au moins une pompe destinée à alimenter en eau lesdites buses (7) via ledit circuit d’alimentation en eau, une partie de l’eau pulvérisée étant destinée à être portée par ledit vent (6). Figure de l’abrégé : Fig. 2 STRUCTURE POUR REFROIDIR ET HUMIDIFIER UNE ZONE ET PROCEDE METTANT EN ŒUVRE UNE TELLE STUCTURE L’invention concerne le domaine des structures et des procédés pour refroidir et humidifier une zone, notamment agricole. Il est connu de l’art antérieur des systèmes de pulvérisation d’eau permettant d’arroser une zone comportant des plantes telles que des céréales ou des fleurs. Le document WO 2014/134290 divulgue un tel système de pulvérisation d’eau. Il est décrit un système 10 de pulvérisation comprenant des tubes 20, une première pluralité de têtes de pulvérisation 30 et une seconde pluralité de têtes de pulvérisation 40. Le système 10 comprend en outre un système de treillis 50 comportant des supports 52 et des fils de treillis 54. Le système 10 permet de pulvériser de l’eau ou des pesticides sur des arbres 60. La première pluralité de têtes de pulvérisation 30 et la seconde pluralité de têtes de pulvérisation 30 sont disposées verticalement de manière à pulvériser les arbres 60 sur toute leur hauteur. L’eau, les pesticides et les autres liquides sont fournis via des tubes 20 au moyen d’une pompe. La pompe est activée pendant une période de temps suffisante de manière à produire la quantité de liquide désirée. L’inconvénient d’un tel système est qu’il ne permet pas d’humidifier l’air environnant de la zone de culture afin de réduire le réchauffement du sol de manière à permettre la régénération d’une végétation naturelle. Le système, selon l’art antérieur, permet principalement une pulvérisation d’eau directement sur les plantes cultivées. En revanche, il n’est pas adapté pour obtenir une revégétalisation dans un espace donné. En effet, l’eau pulvérisée est destinée, en grande partie, à alimenter les plantes cultivées et non pas leur environnement. Le but de l’invention est donc de pallier les inconvénients de l’art antérieur en proposant une structure de pulvérisation d’eau permettant une humidification de l’air environnant une zone dans laquelle on souhaite cultiver le sol. Il est également proposé un procédé mettant en œuvre une telle structure pour refroidir et humidifier une zone à cultiver. Pour ce faire, l’invention se rapporte ainsi, dans son acceptation la plus large, à une structure pour refroidir et humidifier une zone prédéterminée, notamment agricole, traversée par un vent présentant une direction et une orientation, ladite structure étant apte à être alimentée en eau, caractérisée en ce qu’elle comporte un circuit d’alimentation en eau, des pylônes, une rampe comportant des buses de pulvérisation d’eau fixée auxdits pylônes et au moins une pompe destinée à alimenter en eau lesdites buses via ledit circuit d’alimentation en eau, une partie de l’eau pulvérisée étant destinée à être portée par ledit vent. Grâce à l’invention, la zone est refroidie et humidifiée permettant, par exemple, la culture de plantes. L’invention peut également refroidir une zone urbaine dans laquelle il est habituellement utilisé des systèmes de climatisation domestique. De préférence, ladite rampe est disposée perpendiculairement par rapport auxdits pylônes. Avantageusement, lesdites buses présentent un jet de type cône creux avec un angle compris entre 110° et 130°, voire entre 115° et 125°. Un angle compris entre 110° et 130° permet d’obtenir une granulométrie plus faible afin d’augmenter le taux d’évaporation. Un angle compris entre 115° et 125° a pour effet d’améliorer davantage la granulométrie des gouttelettes d’eau. Selon un mode préféré, la distance entre chaque buse est comprise entre 25 cm et 45 cm. De cette manière, le jet d’une buse ne sature pas le jet de la buse voisine. Avantageusement, lesdites buses présentent un angle par rapport à l’horizontale compris entre 40° et 50°. Ainsi, le taux d’évaporation est optimisé permettant une baisse de température du vent importante. De préférence, lesdites buses sont agencées en quinconce de sorte qu’une buse présente un angle par rapport à l’horizontale compris entre 40° et 50° et que la buse consécutive présente un angle par rapport à l’horizontale compris entre 50° et 60°. Cette configuration particulière a pour avantage d’homogénéiser le jet de gouttelettes afin de réduire les effets de coalescence et de réduire le taux d’évaporation. De préférence, lesdits pylônes présentent une longueur comprise entre 12 m et 18 m. Une telle hauteur a pour avantage d’obtenir une couche limite refroidie d’une quinzaine de mètres assurant par conséquent sa propagation sur plusieurs kilomètres avant d’être réchauffée par le sol. En outre, elle permet également d’augmenter le temps de chute des gouttelettes d’eau et par voie de conséquence leur taux d’évaporation. La température du vent est ainsi abaissée. De préférence, lesdites buses de pulvérisation d’eau produisent un jet présentant une orientation opposée à l’orientation dudit vent. Ainsi, le taux d’évaporation est augmenté permettant une humidification et une baisse de température dans la zone prédéterminée plus importantes. L’invention concerne également un procédé pour refroidir et humidifier une zone prédéterminée, notamment agricole, traversée par un vent mettant en œuvre une structure, comme décrit précédemment, destinée à refroidir et humidifier ladite zone, caractérisé en ce que le procédé comprend : - une étape de mesure de la température et de la vitesse dudit vent traversant ladite structure ; - une étape de calcul du débit à appliquer audit circuit d’alimentation en eau basée sur la température et la vitesse dudit vent mesurées ; - étape d’activation de ladite pompe de manière à obtenir le débit calculé afin de refroidir et humidifier ladite zone. L’invention a en outre pour objet une méthode d’installation d’une structure destinée à refroidir et humidifier une zone prédéterminée, notamment agricole, traversée par un vent comme décrit précédemment, caractérisée en ce qu’elle comporte les étapes suivantes : - une étape de détermination de la direction dudit vent traversant ladite zone ; - une étape de raccordement dudit circuit d’alimentation en eau à un réservoir d’eau, tel qu’un fleuve ou une mer ; - une étape d’installation de ladite structure de sorte que ladite rampe soit agencée sensiblement perpendiculairement par rapport à la direction dudit vent. De préférence, la méthode d’installation comporte en outre, lors de l’étape de détermination de la direction dudit vent, une étape de détermination de la variation de la direction dudit vent de manière à déterminer la configuration géométrique de ladite rampe. On décrira ci-après, à titre d’exemples non limitatifs, plusieurs formes d’exécution de la présente invention, en référence aux figures annexées sur lesquelles : représente schématiquement une vue isométrique d’une structure de refroidissement et d’humidification selon un mode de réalisation préféré de la présente invention ; représente schématiquement une vue isométrique d’une partie de la structure de refroidissement et d’humidification illustrée sur la ; illustre schématiquement une vue de dessus de la partie de structure illustrée sur la . Dans la description qui suit le terme « direction » du vent signifie la ligne ou la droite selon laquelle le vent se déplace et le terme « orientation » du vent signifie le sens de déplacement du vent selon ladite « direction ». En référence à la , il est illustré schématiquement, en vue isométrique, une structure 1 de refroidissement et d’humidification destinée à refroidir et humidifier une zone 2, selon un mode de réalisation préféré de la présente invention. La zone 2 peut être une zone à tendance désertique présentant une température relativement élevée, par exemple comprise entre 40°C et 50°C, et une hygrométrie faible, par exemple de l’ordre de 10%, où l’on souhaite cultiver diverses plantes telles que du fourrage. De préférence, l’invention est mise en œuvre dans des déserts côtiers existant notamment en Australie ou dans la péninsule Arabique. La zone 2 peut également être un espace urbain pour lequel il est habituellement utilisé des systèmes de climatisation domestique. En mettant en œuvre l’invention dans ce type d’espaces urbains, on obtient un refroidissement de l’air ambiant permettant ainsi une moindre consommation énergétique des systèmes de climatisation domestique utilisés. La structure 1 est disposée à proximité d’un réservoir d’eau 3 permettant d’alimenter en eau un circuit d’alimentation (non visible). La structure 1 comprend des pylônes 4 disposés verticalement par rapport à la zone 2 et une rampe 5 disposée horizontalement et fixée perpendiculairement par rapport aux pylônes 4. Les pylônes 4 sont implantés solidement dans le sol de la zone 2. Dans un exemple de réalisation de l’invention, l’espacement entre les pylônes 4 est compris entre 30 m et 50 m afin d’éviter le flambement de la rampe 5. Cet espacement peut être adapté en fonction des caractéristiques techniques de la rampe 5, telles que sa propre masse et la masse d’eau transportée en son sein, afin d’éviter un flambement trop important. En référence maintenant à la , il est illustré schématiquement, en vue isométrique, une partie 1a de la structure 1 représentée sur la de manière à simplifier la description qui suit. La partie 1a comprend un premier pylône 4a et un second pylône 4b, et une portion de rampe 5a. La description ci-après est également valable pour les autres parties de la structure 1. La partie 1a est installée de sorte que la portion de rampe 5a soit agencée sensiblement perpendiculairement par rapport à la direction d’un vent chaud 6 orientée vers la zone 2. Une telle configuration de la rampe 5a est bien adaptée pour les zones présentant une variation de la direction du vent ne dépassant pas 90°. Dans le mode de réalisation présenté, la zone 2 est une zone agricole présentant une longueur d’environ 8 km et une largeur d’environ 5 km. Dans les zones où la direction du vent chaud 6 varie faiblement, chaque partie 1a est disposée perpendiculairement par rapport à la direction du vent chaud 6. Ainsi, la structure 1 présente une rampe 5 rectiligne. En revanche, pour les zones où la direction du vent chaud 6 à tendance à varier de plus de 90° au cours de la journée, ou au cours de l’année, la rampe 5 présente une configuration circulaire, elliptique ou quasi-elliptique. De cette manière, il existe toujours une partie de la structure 1 orientée perpendiculairement à la direction du vent chaud 6. Par exemple, le vent chaud 6 présente une température d’environ 40°C et une hygrométrie d’environ 15%. La rampe 5a comporte une pluralité de buses 7 agencées longitudinalement, de type à cône creux et grand angle. Les buses 7 sont espacées entre elles régulièrement. Par exemple, pour une longueur de rampe 5a de 7km, les buses 7 présentent une distance entre elles comprise entre 25 cm et 45 cm. Le jet produit par les buses 7 est orienté approximativement dans le sens opposé à l’orientation du vent chaud 6 de manière à augmenter le taux d’évaporation. Dans une alternative, les buses 7 présentent un angle compris entre 40° et 50° par rapport à la direction du vent chaud 6 permettant une hauteur de chute plus importante de l’eau pulvérisée. Dans encore une autre alternative, les buses 7 sont disposées de manière à ce que l’orientation du jet produit soit la même que celle du vent chaud 6 avec un angle compris entre 40° et 50° par rapport à la direction du vent chaud 6. Optionnellement, les buses 7 sont agencées en quinconce de sorte qu’une buse 7 présente un angle compris entre 40° et 50° par rapport à la direction du vent chaud 6 et de sorte que la buse 7 consécutive présente un angle compris entre 50° et 60° par rapport à la direction du vent chaud 6. Cette configuration a pour avantage de réduire l’effet de coalescence entre deux gouttelettes d’eau voisine, c’est-à-dire la réunion de deux gouttelettes d’eau en une seule. En effet, l’effet de coalescence a tendance à diminuer le taux d’évaporation entraînant par conséquent un moindre abaissement de température dans la zone 2. Les buses 7 présentent un jet de type cône creux avec un angle compris entre 110° et 130°, voire entre 115° et 125°. Dans une alternative, les buses 7 présentent un jet de type cône plein de manière à augmenter le taux d’évaporation. Dans une configuration préférée, la rampe 5 se situe à une hauteur comprise entre 12 m et 18 m par au sol de manière à ce que les gouttelettes d’eau pulvérisées s’évaporent progressivement au cours de leur chute jusqu’au sol. Ainsi, l’évaporation permet une baisse de la température de l’air ambiant et une augmentation de l’hygrométrie. Par exemple, pour un vent chaud 6 présentant une température d’environ 40°C et une hygrométrie d’environ 15%, on obtient un vent relativement froid 8 au niveau de la zone 2 présentant une température d’environ 25°C et une hygrométrie d’environ 60%. Il est ainsi possible de cultiver des plantes dans la zone 2 telles que du Sorgho ou du Mil. On peut également cultiver des fruits et légumes tropicaux ainsi que des arbres fruitiers dans certaines zones car le taux d’humidité est suffisamment élevé et la température suffisamment basse grâce à la structure selon l’invention. En référence maintenant à la , il est illustré dans une vue de dessus la structure 1 installée à proximité d’une mer (non visible) afin de l’alimenter en eau. Grâce à l’invention, une grande partie des gouttelettes d’eau de mer pulvérisées, par exemple de l’ordre de 90%, s’évaporent à 75% de leur volume initial à courte distance de la structure 1 dans une première zone 9a, par exemple 30 m. La saumure et le sel se déposent par conséquent sur le sol de la zone 9. Ensuite, la partie restante des gouttelettes, soit environ 10%, flottent pendant environ 30 m, dans une seconde zone 9b, en s’évaporant à 100% de leur volume initial. Dans un exemple, environ 90% des gouttelettes d’eau de mer pulvérisées se déposent sur le sol de la zone 9 sur une distance d’environ 30 m, la partie restante flotte sur environ 30 m supplémentaires permettant de refroidir et d’humidifier le vent chaud 6 afin d’obtenir un vent froid et humidifié 8 dans la zone 2 agricole. Le vent froid et humidifié 8 comporte ainsi de l’eau à l’état gazeux et non plus sous forme de gouttelettes. De cette manière, les besoins en eau de la zone 2 agricole sont réduits par rapport à une même zone 2 agricole ne comportant pas la structure 1 selon l’invention. Afin de déterminer le débit d’eau nécessaire, on utilise un diagramme de l’air humide à la base du principe du refroidissement évaporatif, également appelé diagramme psychométrique de Carrier. Un tel diagramme exprime qu’à une pression atmosphérique d’environ 1013 hPa, l’évaporation d’un gramme d’eau dans 1 m 3 d’air permet une décroissance de température de 2,5°C, quelles que soient les conditions initiales. On détermine ensuite le débit du vent chaud D v , en m 3 /s, qui est égal à la vitesse du vent chaud V vc , en m/s, multiplié par la surface refroidissante S r , en m 2 . La surface refroidissante S r est égale à la longueur de la portion de rampe 5a multipliée par la hauteur des pylônes 4a, 4b. Le débit d’eau nécessaire D e , en m 3 /s, est calculé de la manière suivante : ρair étant la masse volumique de l’air, T finale étant la température finale souhaitée du vent et T initiale étant la température initiale du vent chaud 6. Le taux d’évaporation est égal au volume évaporé d’une gouttelette d’eau avant d’atteindre le sol divisé par le volume initial de la gouttelette d’eau, le volume évaporé étant égal à la vitesse d’évaporation multipliée par la durée de la chute de la gouttelette d’eau. Pw étant la pression de vapeur à saturation à la température de surface de la gouttelette en KPa ; Pa étant la pression de vapeur au point de rosée selon la température de l’air ambiant en KPa ; Va étant la vitesse de l’air par rapport à la gouttelette en m/s, il s’agit de la vitesse du vent horizontale pendant la phase d’accélération puis de la vitesse limite de chute verticale ; Y étant la chaleur latente nécessaire selon le changement d’état de l’eau en vapeur à la température de surface de la gouttelette en kJ/kg. La durée de chute étant déterminée en résolvant l’équation suivante : M(t) étant la masse de la gouttelette en fonction du temps ; Poids (t) étant la masse de gouttelette multipliée par la gravité ; Force de trainée (t) étant égale à la masse volumique de l’air multipliée par le coefficient de trainée multiplié par la vitesse relative au carré. Par la résolution de cette équation, on obtient la vitesse de chute de la gouttelette d’eau au cours du temps et la durée de chute pour une hauteur de pylône donnée. La vitesse d’évaporation et la durée de chute permettent d’obtenir le volume évaporé, permettant par conséquent d’obtenir le taux d’évaporation et finalement le débit d’eau nécessaire D e . Ainsi, en connaissant la température initiale du vent chaud 6 et la température finale souhaitée, on détermine le débit d’eau D e à pulvériser afin d’atteindre la température finale. Dans un exemple de réalisation de l’invention, la hauteur des pylônes 4a, 4b est comprise entre 12 m et 15 m de manière à obtenir un vent froid 8 présentant une température de 25°C et une hygrométrie de 60% pour un vent chaud 6 présentant une température de 40°C et une hygrométrie de 15%. La longueur de la portion de rampe 5a est d’environ 7,5 km et la surface de la zone agricole 2 est d’environ 40 km 2 . La saumure et le sel sont déposés dans la zone 9 sur une longueur d’environ 60 m. La hauteur des pylônes 4a, 4b est à adapter en fonction de la surface de la zone agricole considérée. Par ailleurs, la pression dans le circuit d’alimentation en eau est comprise entre 2 et 7 bars. Préférentiellement, la longueur de la portion de rampe 5a est comprise entre 2 km et 11 km de manière à garantir une surface minimale refroidie quelles que soient les variations de la direction du vent chaud 6. En effet, la direction du vent chaud 6 peut varier au cours, notamment, de la saison chaude, voire même au cours de l’année. L’invention concerne également un procédé pour refroidir et humidifier une zone prédéterminée mettant en œuvre la structure 1, décrite précédemment. Dans une première étape, on mesure la température initiale et la vitesse du vent chaud 6 entrant dans la structure 1. Lors d’une deuxième étape, on calcule le débit d’eau nécessaire pour refroidir et humidifier la zone 2 en se basant sur la température initiale et la vitesse du vent chaud 6 mesurées de façon à atteindre une température finale souhaitée du vent chaud 6. Dans une troisième étape, on régule le débit de la pompe de manière à obtenir le débit calculé afin de refroidir et humidifier la zone 2. L’invention a trait par ailleurs à une méthode d’installation de la structure 1 afin d’humidifier et refroidir une zone 2. Dans une première étape, on détermine la direction d’un vent chaud 6 prévalent traversant la zone 2. Lors d’une deuxième étape, on raccorde le circuit d’alimentation de la structure 1 à un réservoir d’eau, par exemple un fleuve ou une mer. Dans une troisième étape, on installe la structure 1 de manière à ce que la rampe 5 soit agencée sensiblement perpendiculairement par rapport à la direction du vent chaud 6 prévalent. Optionnellement, lors de l’étape de détermination de la direction du vent chaud 6 prévalent, on détermine la variation de la direction du vent chaud 6 prévalent de manière à déterminer la configuration géométrique de la structure 1. Lors de cette étape, on détermine si la géométrie de la structure 1 doit être rectiligne, circulaire, elliptique ou quasi-elliptique. Structure (1) pour refroidir et humidifier une zone (2) prédéterminée, notamment agricole, traversée par un vent (6) présentant une direction et une orientation, ladite structure (1) étant apte à être alimentée en eau, caractérisée en ce qu’elle comporte un circuit d’alimentation en eau, des pylônes (4, 4a, 4b), une rampe (5) comportant des buses (7) de pulvérisation d’eau fixée auxdits pylônes (4, 4a, 4b) et au moins une pompe destinée à alimenter en eau lesdites buses (7) via ledit circuit d’alimentation en eau, une partie de l’eau pulvérisée étant destinée à être portée par ledit vent (6). Structure (1) selon la revendication 1 caractérisée en ce que ladite rampe (5) est disposée perpendiculairement par rapport auxdits pylônes (4a, 4b). Structure (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 2 caractérisée en ce que lesdites buses (7) présentent un jet de type cône creux avec un angle compris entre 110° et 130°, voire entre 115° et 125°. Structure (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que la distance entre chaque buse (7) est comprise entre 25 cm et 45 cm. Structure (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que lesdites buses (7) présentent un angle par rapport à l’horizontale compris entre 40° et 50°. Structure (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que lesdites buses (7) sont agencées en quinconce de sorte qu’une buse (7) présente un angle par rapport à l’horizontale compris entre 40° et 50° et que la buse (7) consécutive présente un angle par rapport à l’horizontal compris entre 50° et 60°. Structure (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que lesdites buses (7) de pulvérisation d’eau produisent un jet présentant une orientation opposée à l’orientation dudit vent (6). Procédé pour refroidir et humidifier une zone (2) prédéterminée, notamment agricole, traversée par un vent (6) mettant en œuvre une structure (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 destinée à refroidir et humidifier ladite zone (2), caractérisé en ce que le procédé comprend : - une étape de mesure de la température et de la vitesse dudit vent (6) traversant ladite structure (1) ; - une étape de calcul du débit à appliquer audit circuit d’alimentation en eau basée sur la température et la vitesse dudit vent (6) mesurées ; - une étape d’activation de ladite pompe de manière à obtenir le débit calculé afin de refroidir et humidifier ladite zone (2). Méthode d’installation d’une structure (1) destinée à refroidir et humidifier une zone (2) prédéterminée, notamment agricole, traversée par un vent (6) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisée en ce qu’elle comporte les étapes suivantes : - une étape de détermination de la direction dudit vent (6) traversant ladite zone (2) ; - une étape de raccordement dudit circuit d’alimentation en eau à un réservoir d’eau, tel qu’un fleuve ou une mer ; - une étape d’installation de ladite structure (1) de sorte que ladite rampe (5) soit agencée sensiblement perpendiculairement par rapport à la direction dudit vent (6). Méthode selon la revendication 9 caractérisée en ce qu’elle comporte en outre, lors de l’étape de détermination de la direction dudit vent (6), une étape de détermination de la variation de la direction dudit vent (6) de manière à déterminer la configuration géométrique de ladite rampe (5).