FR 2928879 A1 20090925 FR 0801495 A 20080319 1 anr>pel �réliminaire de lois en n-hvsiaue électrique: La puissance � P � (exprimable en Watt) délivrée par les sources d'énergie électrique (de toute origine : nucléaire, solaire, éolienne, etc...) est égale au produit d.e la tension � U � (exprimable en Volt) par le courant électrique � i � (exprimable en Ampère), et par le cosinus � phi ou cp � de la phase du courant alternatif délivré à la sortie d'une centrale nucléaire par exemple. Ce qui symboliquement nous donne la relation suivante : P=U*i*coscp Biensûr, dans un but de performance, de façon à optimiser la puissance effective, la phase est choisie de telle sorte que cosinus cf) égale 1. Il est en l'occurrence d'usage d'utiliser les Mégawatts pour la mesure de la 20 puissance. Il n'en demeure pas moins que comme tout conducteur électrique utilisable, ces derniers ont une résistance électrique qui freine le passage du courant électrique, un peu comme un mini barrage freinerait le débit du courant d'une rivière. C'est ainsi que s'exprime ce paramètre important qu'est la résistance électrique, à partir de trois données dépendantes du conducteur électrique lui-même : Il s'agit de sa résistivité � ro ou p �, de sa longueur � 1 �, et de la surface � S � de 30 sa section en coupe transversale. Afin de rendre homogène la relation physique, le choix des unités doit y concourir : Nous avons la résistance (R) exprimée en Ohm ('12), la longueur en centimètre *(cm), la surface du conducteur électrique, ou sa section en centimètres carrés (cm2), 35 et la résistivité de ce dernier en Ohm par centimètre (f.cm-1). 25 -2-Symboliquement, la résistance est égale à : R= p * 1/S Il apparaît donc clair, qu'il suffit d'augmenter i (ou des) paramètre(s) au numérateur et/ou d'abaisser celui du dénominateur pour augmenter la résistance et inversement pour abaisser cette dernière, c'est-à-dire le but recherché... En outre, il faut expliciter quels sont les paramètres influençant la résistivité p : 10 La résistivité qui croît ou décroît directement avec la résistance, dépend seulement de 2 paramètres : L'un qui dépend de la nature chimique du matériau conducteur, non sans lien avec sa chaleur massique, elle-même proportionnelle à sa chaleur molaire et étudiées 15 par la thermodynamique. L'autre qui dépend de sa température : plus la température augmente, plus la résistance augmente, et donc, indirectement, plus la puissance délivrée diminue. Ceci, selon les relations encadrées supra, puisque que toute influence tendant à abaisser la 20 résistivité, augmente l'intensité � i � du courant électrique, et inversement. Caractéristiques innovantes, faisant Poblet de ce brevet d'invention, liées à la Qéomêtrie non seulement des caténaires en 25 auestion, Irais aussi des pantographes, ainsi au'au revetemen de la >parte de la caténaire. non au contact du pantographe, D'abord, à la lecture du chapitre précédent, il apparaît clair que le paramètre, pourtant encore inexploré, et expliquant ma demande de dépôt de brevet, influençant 30 fortement la puissance délivrable dans le sens, biensûr, de son augmentation (c'est-à- dire, de l'énergie éconornisable, et donc, d'un moindre coût pour le Réseau Ferré de France par exemple), repose sur la géométrie du conducteur électrique, à savoir, la surface de sa section et qui influence dans le sens de la diminution, sa résistance, de façon innovante. Conséquemment, dans le sens de la possible économie d'énergie 2928879 -3- à délivrer pour une puissance donnée, comparativement aux actuelles technologies utilisées : la section discale des actuelles caténaires n'offre qu'une très faible surface de contact avec le(s) pantographe(s). Ce qui majore beaucoup la résistance, et donc minore d'autant l'intensité � i � du courant électrique. 5 Conséquemment, la puissance à délivrer en (Méga)watts est maximale, ce qui majore le coût de revient journalier des transports en communs, en particulier. En effet, les paramètres jouant sur la résistivité, proprement dite, du conducteur électrique, telles que sa nature chimique, sa température, sont en l'occurrence, très peu modifiables et/ou contrôlables. Ceci est d'autant plus vrai, que du point de vue � nature chimique � du conducteur électrique, le choix du fer (effectivement utilisé), par rapport au cuivre, est un très bon compromis en regard du rapport � coût de la matière première/résistivité en lien strict avec la nature du matériau conducteur/chaleur massique �. Il faut savoir que la chaleur massique du fer (proportionnelle à sa chaleur molaire) est bien plus intéressante que celle du cuivre qui elle, lui est supérieure. Dit autrement, la chaleur massique est la quantité de chaleur emmagasinable par unité de masse. Or, particulièrement pendant les fortes chaleurs estivales (mais non exclusivement), il apparaît que la température, en augmentant la résistivité, est préjudiciable, puisqu'elle augmente d'autant la résistance de ces conducteurs, donc la puissance à délivrer. Et le fer est mieux placé que le cuivre pour une température donnée, à section et longueur de conducteur électrique égales. Ensuite, cette innovation doit pouvoir toucher autant les caténaires que les pantographes : De façon à optimiser la surface de contact entre caténaire et pantographe, à côté de la géométrie optimisée de la section des caténaires, il est possible d'agrandir la largeur des pantographes de façon à obtenir une surface globale de contact élevée. Une telle surface de contact permettant d'abaisser significativement la résistance des caténaires au contact des pantographes, puisque la relation les liant, place au dénominateur la section du conducteur électrique, et en l'occurrence, la surface de contact globale entre caténaire et pantographe....35 D'un point de vue technique, l'augmentation de la largeur des pantographes (perpendiculairement à la distance séparant les rails posés à terre) ne pose pas de problème technique majeur. Pour les caténaires, les points d'encrage réalisant leur fixation aux pylônes, peut être facilement résolue. La géométrie de la section de ces conducteurs électriques serait la suivante : confère figure 1. Enfin, de façon tout aussi innovante, il n'est pas compliqué d'apposer quelcues couches de peinture blanche sur la portion de ces caténaires, non au contact des pantographes. En effet, la lumière visible (longueurs d'onde (A) entre 400 et 800 nanomètres inclus) est repoussée par le blanc qui est l'association de toutes les longueurs d'onde du spectre électromagnétique visible. Pour mémoire, si l'on voit un objet vert (rouge ou bleu, etc...) c'est parce que le pigment coloré absorbe toutes les longueurs d'onde du visible, sauf le vert qui est renvoyé vers )'oeil humain, etc... . Pour le blanc, toutes les longueurs d'onde du visible sont donc renvoyées ou réfléchies. Ainsi, l'effet anticalorifère (E (énergie en Joules) = h I:constante de Planck) * c (célérité de la lumière dans le vide) / À (longueurs d'ondes considérées)) ou réfractaire à la chaleur (du fait des incidences lumineuses du visible (ce qui ne l'empêche pas d'être sensible à la chaleur par conduction de l'air environnant)) relativement à la chaleur massique du fer, et donc relativement à sa résistivité, puis à la résistance de telles caténaires, rend cette dernière optimisée, et participe du caractère innovant de cette demande de dépôt de brevet d'invention. En l'état actuel de la technique, l'aspect économie d'énergie qui est d'actualité n'a pas été abordé sous cet angle, qui pourtant, laisse augurer des économies substantie:[les significatives. Rappelons simplement que l'actuel réchauffement climatique, en jouant sur le paramètre résistance des caténaires, n'a pas encore suscité d'innovations observables dans l'état actuel de la technique. Industriellement, il existe déjà des tréfileries utilisant des filières destinées à produire du fer sous forme effilée. En l'occurrence, il est donc envisageable d'adapter des filières à la géométrie de 35 ces caténaires. Il est aussi évident que pour la réalisation technique dans l'industrie, seuls des grands groupes sont capables de produire en série des kilomètres de telles caténaires. Par anticipation, il n'est pas exclu d'adapter les dimensions de ces filières pour en faciliter la réalisation. 5 On peut aussi légitimement supposer que la géométrie définitive puisse être obtenue à partir d'un conducteur à section rectangulaire quant à son périmètre. Et que les filières élagueraient les deux flancs tels que décrits supra. Selon une optimisation sur la base des critères suivants : facilitation de la réalisation, plus grande section possible, moindre quantité de matière première (directement liée au degré d'élagage), et solidité de la fixation de la suspension caténaire aux pylônes le long de la voie ferrée : il est donc possible d'opter pour un meilleur compromis. Ce dernier pouvant légèrement différer de la figure 1, en ce sens qu'en regard des critères cités supra, l'angle aux deux flancs, vue du côté du matériau conducteur, pourrait se rapprocher un peu plus de 180 degrés. Facilitant ainsi sa réalisation à partir de � pré-caténaires � semi- finies à seci:ion rectangulaire (toujours quant à son périmètre), en pratiquant une � ablation � pas excessivement importante de matière sur les deux flancs, quitte à en augmenter la quantité de matière première. Ce qui ne ferait que diminuer un peu plus la résistance électrique des caténaires � finies �, puisqu'augmentant légèrement la surface de leur section. Cet angle doit cependant être tel, qu'il assure avec fiabilité, la fixation de la caténaire aux différents pylônes : la partie extra-caténaire de la fixation, épousant les trois côtés supérieurs d,e la caténaire (à l'exclusion de la partie basse des 2 flancs:) et venant comme une pièce de puzzle s'encastrer en pinçant ou en � chélatant � comme la pince d'un crabe la caténaire. Le système permettant cet emboîtement devant prévoir un système en deux parties identiques (à disposer parallèlement aux deux flancs) et à géométrie adéquate, éloignables (pour permettre l'emboîtage) par deux boulons parallèles les traversant parallèlement à la surface tournée vers le ciel, et leurs deux écrous correspondantsä et rapprochables par simple serrage venant parfaitement faire épouser la géométrie des trois côtés de la partie haute de la caténaire. Afin de bien clarifier l'expression � la partie haute de la caténaire �, j'entend par 35 ceci la partie � supérieure � et qui s'apparente dans sa forme géométrique à une clé de 2928879 -6 voûte (comme en architecture) dans sa position finale. Bien que n'entrant pas dans le domaine strict de l'objet de la demande de dépôt de ce brevet d'invention, il doit être possible en tout cas, de s'inspirer des actuels systèmes de fixation des caténaires. En revanche, voici un modèle schématique de fixation tentant d'illustrer son principe : 5 La partie hachurée par des lignes horizontales correspond à la caténaire elle-même. La partie noire clairsemée de points blancs, au boulon et à son écrou (allant d'ailleurs par paire, par élément de fixation eux aussi par paire ; l'autre boulon + écrou n'apparaissant pas sur le schéma). Les deux boulons parallèles traversent ainsi les deux éléments de fixation strictement identiques dans l'espace, mais � pas tout à fait � si l'on 10 considère le � gauche � et le � droit �, l'un par rapport à l'autre, une fois positionnés. Enfin, la partie strictement blanche (de la coupe transversale de la figure 2) venant épouser la partie supérieure de la caténaire et supérieure des 2 flancs, correspondent strictement au contact des deux éléments de fixation qui sont positionnés 15 pratiquement bord à bord (ce qui sur cette figure 2, pour des raisons volontaires el: de compréhension, ne reflète pas l'expression � bord à bord �), à l'exacte verticale de l'axe longitudinal médian de la caténaire. D'autre part, afin de réaliser une suspension caténaire digne de ce nom, il est 20 facilement concevable qu'assez proche de cet axe longitudinal médian, chacun des éléments fixateurs présente une partie suffisamment large, soudée donc sur la face tournée vers le ciel, et y faisant saillie verticalement. Et pouvant ainsi recevoir un troisième boulon avec son écrou, placé parallèlement à cette face tournée vers le ciel. L'espace suffisamment large aussi, laissé entre ces deux parties saillantes, une fois les 25 deux éléments fixateurs bien positionnés et bien serrés par les deux précédents couples boulon/écrou, pouvant alors recevoir un dernier et unique élément fixateur par pylône et venant parfaitement s'insérer dans l'épaisseur de l'espace laissé libre entre les deux parties saillantes. Ce dernier élément fixateur, vertical donc, possédant aussi un trou à l'exact diamètre du troisième boulon et fixement, solidement et bien positionné par 30 rapport aux deux autres trous (des deux parties saillantes) de façon à bien réaliser la fixation à l'aide du troisième couple boulon/écrou. L'ensemble participant à une bonne suspension caténaire, c'est dire solidement maintenue à égale distance des rails, d'un bout à l'autre de la caténaire.35 Revendications 1. 5 Cette demande de dépôt de brevet d'invention concerne la suspension caténaire ou les caténaires véhiculant l'électricité (de toutes origines possibles) destinée à mouvoir les trains électriques (TGV ou apparenté compris), les tramways, et tout autre système de transport en usant déjà, ou en devenir. 10 En l'état actuel de la technique, aucune solution significativement innovante, destinée à faire des économies d'énergie, n'a été apportée sur ces dernières. Or, l'énergie est un thème central, et s'il n'y a pas de petites économies, pourquoi n'y en aurait- il pas de grandes ? La géométrie innovante de cette caténaire, associable à de mineures 15 modifications similaires des pantographes, ainsi que son revêtement spécifique selon cette invention, y remédie. 1) Caténaire (1) pour obtenir une économie d'énergie significative lors du transport électrifié par train électrique (dont le TGV, voire l'AGV), le tramway, 20 etc... ; caractérisée en ce qu'elle comporte une section (6) transversale à géométrie innovante (5) offrant une grande surface de contact (4) avec un pantographe (pouvant s'inspirer aussi de cette innovation), ainsi que d'un revêtement (1o) type peinture blanche (aussi résistante que possible aux conditions climatiques) qui lui permettent, en jouant sur sa résistance 25 électrique, de réduire le coût pécuniais de ces transports, ainsi que de faire des économies d'énergie (en terme de matière première) notamment d'origine nucléaire assez coûteuse (mais non exclusivement). 2) Cette caténaire (1) selon la revendication 1 est caractérisée par une section (6) dont la géométrie permet d'abaisser la résistance électrique de la caténaire (1). 30 3) Cette caténaire (1) selon la revendication 2 est caractérisée par un revêtement innovant type peinture, de couleur blanche, qui lui aussi concoure à abaisser sa résistance électrique, du fait de la suppression de l'effet calorifère sur le conducteur électrique des incidences de la lumière visible (de 40o à 800 nanomètres inclus). 2928879 -8 4) Cette caténaire (i), selon la revendication 3 est caractérisée par la présence de peinture blanche (io) sur sa partie supérieure (3), ainsi que sur ses deux flancs (2), qui non seulement sont les plus exposés aux incidences de la lumière visible issue du soleil, mais aussi biensûr, de façon à ce que le contact entre sa partie inférieure (4) et le pantographe en soit effectif et qu'à cet effet, cette partie en soit exempte. 5) Cette caténaire (i), selon la revendication i et 2 est caractérisée sur ses flancs (2), par une géométrie spéciale (5) lui permettant de faciliter son ancrage aux pylônes le long d'une voie ferrée, ainsi que d'assurer la solidité de cette fixation, et sa fiabilité. 6) Cette caténaire (1), selon la revendication i et 2, est caractérisée par une partie inférieure (4) destinée au contact du (des) pantographe(s), assez large relativement à l'état actuel de la technique, lui permettant de réaliser une grande surface de contact indispensable aux fins recherchées. 7) En revendication dépendante, cette caténaire (1) présente un caractère innovant non encore exploré ou appliqué par l'état actuel de la technologie. En ce sens que l'effet conjugué de la géométrie de sa section (6) et son revêtement (io) selon les revendications 1, 2, 3, 4, 5, et 6, lui confère additionnellement, en jouant sur sa résistance électrique, un caractère innovant majeur qui lui donne les qualités requises pour aboutir aux fins recherchées.