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FR2993493A1 - Structure reflechissante multicouche - Google Patents

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Abstract

La présente invention a pour objet une Structure réfléchissante multicouche (10) comportant : un support (3) ; une couche réfléchissante (2) ; une feuille de verre mince (1) solidarisée sur ledit support ; ladite structure (10) étant caractérisée en ce que ladite feuille de verre mince (1) est solidarisée sur ledit support et en ce que ledit support (3) est un support flexible apte à être déformé de manière à mettre en forme ladite feuille de verre mince.

Description

STRUCTURE REFLECHISSANTE MULTICOUCHE. DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne une structure réfléchissante multicouche permettant notamment de réfléchir la lumière solaire.
L'invention trouve une application particulièrement intéressante dans le domaine des miroirs à grande courbure utilisés dans les dispositifs de concentration de la lumière solaire. ARRIÈRE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Les dispositifs de concentration de la lumière solaire présentent généralement de grands miroirs courbés, paraboliques ou encore cylindro- paraboliques ayant le rôle de concentrateurs d'énergie solaire. Les miroirs sont généralement formés par la combinaison d'une plaque de verre et d'une surface réfléchissante. Un premier mode de réalisation de ces grands miroirs consiste à combiner une pluralité de miroirs de petite taille, qui juxtaposés permettent de reconstituer la forme du concentrateur de grandes dimensions. Toutefois, ce mode de réalisation nécessite de fixer individuellement les miroirs sur une structure support, ou bâti, rendant par conséquent complexe et coûteuse la réalisation d'un tel concentrateur.
Selon un deuxième mode de réalisation, ces grands miroirs, tels que par exemple des concentrateurs cylindro-paraboliques, sont réalisés à partir de verre épais mise en forme par un procédé à chaud. Toutefois, ce mode de réalisation est relativement complexe et engendre des coûts élevés liés à la complexité des infrastructures nécessaires aux processus de formage à chaud et au poids élevé des structures de verre manipulées.
En outre, l'utilisation de verre épais pour la réalisation de miroirs implique de positionner la surface réfléchissante au niveau de la face extérieure du verre, i.e. la face qui est au contact direct de l'environnement extérieur. En effet, le positionnement de la surface réfléchissante sur la face intérieure du verre génère des pertes de rendement rédhibitoires pour une application de production d'énergie solaire du fait de l'absorption au sein du verre épais. Or le positionnement de cette surface réfléchissante ne permet pas de garantir la longévité des miroirs, la réflectivité de la surface réfléchissante se dégradant progressivement au cours du temps suite différentes agressions extérieures. Un troisième mode de réalisation consiste à mettre en oeuvre de feuilles de verre minces (typiquement d'une épaisseur inférieure ou égale à 3 millimètres) offrant le double avantage de minimiser les pertes de rayonnement solaire par absorption au travers du verre et de s'affranchir d'une opération de traitement thermique complexe pour réaliser la mise en forme à chaud du verre, la souplesse du verre étant suffisante pour autoriser une certaine mise en forme, notamment de par la faible résistance du verre aux contraintes de traction et de cisaillement. Toutefois, ces feuilles de verre minces utilisées pour la réalisation de 20 grandes surfaces présentent des difficultés de manipulation, et des possibilités de cintrage limités. DESCRIPTION GÉAÉRALE DE L'INVENTION Dans ce contexte, la présente invention vise à résoudre les problèmes mentionnés précédemment en proposant une structure réfléchissante 25 multicouche permettant de réaliser des surfaces réfléchissantes, telles que des miroirs concaves, de grandes dimensions avec des cintrages plus importants que ceux des miroirs actuels utilisés par exemple dans les dispositifs de concentration de la lumière solaire. De plus, la structure réfléchissante permet de faciliter la mise en oeuvre, les manipulations tout en 30 assurant une grande sécurité d'utilisation.
A cette fin, l'invention propose une structure réfléchissante multicouche comportant : - un support ; - une couche réfléchissante ; - une feuille de verre mince solidarisée sur ledit support ; ladite structure étant caractérisée en ce que ladite feuille de verre mince est solidarisée sur ledit support et en ce que ledit support est un support flexible apte à être déformé de manière à mettre en forme ladite feuille de verre mince.
La structure réfléchissante multicouche selon l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - ledit support est formé par un matériau composite composé de fibres noyées dans une résine ; - lesdites fibres sont des fibres de verres et/ou des fibres de carbone et/ou des fibres d'aramide et/ou des fibres végétales ; - la forme et/ou la nature et/ou l'épaisseur des fibres sont choisies en fonction de la valeur du coefficient de dilation de ladite feuille de verre mince ; - que les caractéristiques mécaniques dudit support sont déterminées de manière à ce que la ligne neutre de déformation en flexion de ladite structure est positionnée à l'interface de ladite feuille de verre mince et dudit support ; - l'épaisseur de la feuille de verre mince (epverre) verre) et l'épaisseur du support (epsupport) sont déterminées en respectant la proportion suivante : epverre = Everre epsupport Esupport avec : epverre : Épaisseur de la feuille de verre mince ; epsupport : Épaisseur du support ; Everre Module d'Young de la feuille de verre mince ; Esupport Module d'Young du support. L'invention a également pour objet un dispositif de concentration d'énergie solaire caractérisé en ce qu'il comporte une structure réfléchissante multicouche selon l'invention, mise en forme sur un bâti rigide, ladite structure réfléchissante multicouche mise en forme étant apte à concentrer l'énergie solaire. Avantageusement, le dispositif de concentration d'énergie solaire comporte une structure réfléchissante multicouche (10) présentant des fentes (13).
L'invention a également pour objet un procédé de réalisation d'un dispositif de concentration d'énergie solaire selon l'invention caractérisé en ce qu'il comporte notamment les étapes consistant à: - réaliser une feuille de verre mince plane ; - recouvrir une face de ladite feuille de verre mince d'une couche de matériau réfléchissant ; - solidariser ladite feuille de verre mince plane sur un support plan réalisé en matériau composite ; - mettre en forme et solidarisation de la structure réfléchissante multicouche formée lors des étapes précédentes sur un bâti rigide présentant la forme finale du dispositif de concentration d'énergie solaire. Avantageusement, l'étape de mise en forme est précédée par une étape de prédécoupe de la structure réfléchissante multicouche dans son épaisseur de manière à faciliter sa mise en forme.
BREVE DESCRIPTIONS D5 rIGURES L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit et en référence aux figures annexées, parmi lesquelles ; - la figure 1 représente schématiquement une vue en coupe de la structure réfléchissante multicouche selon l'invention, avant sa mise en forme ; - la figure 2 représente schématiquement une vue de dessus d'un exemple de découpe d'une structure plane pour la réalisation d'un concentrateur solaire. DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION La figure 1 représente schématiquement une vue en coupe de la structure réfléchissante multicouche 10 selon l'invention. La structure réfléchissante 10 comporte : - une feuille de verre 1 mince présentant une face supérieure 11 et une face inférieure 12, la face supérieure 11 formant la face extérieure de la structure réfléchissante 10 qui est directement au contact de l'air et des agressions extérieures ; - une couche réfléchissante 2 au niveau de la face inférieure 12 de la feuille de verre 1 ; - un support 3, ou substrat, sur lequel la feuille de verre 1 est solidarisée, par exemple par collage au moyen d'une couche adhésive 4. La feuille de verre 1 est une feuille de verre mince présentant une épaisseur inférieure ou égale à 3 millimètres et avantageusement de l'ordre de 1 millimètre. La feuille de verre 1 est collée sur le support 3 qui est réalisé en matériau 25 composite. Le support est formé par : - des fibres de verre et/ou de carbone et/ou d'aramide et/ou végétales, pouvant être tissées ou en vrac ; - une matrice thermodurcissable, telle que par exemple une résine époxy, une résine polyester, une résine vinylique, ou autre.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, la feuille de verre 1 et le support en matériau composite 3, formé avantageusement par un matériau fibreux et par un préimprégné de résine non polymérisée, sont colaminés à la sortie de l'installation de production en continu de la feuille de verre 1, de manière à pouvoir bénéficier de la chaleur résiduelle du verre et assurer par ce biais la polymérisation de la résine du préimpregné. Le matériau composite peut être formé avec des fibres de renforcement de différentes natures, par exemple par une combinaison de fibres de verre et de fibres de carbone, et de forme ou de tissage différents, i.e. fibres tissées, en vrac. La nature et la forme des fibres utilisées pour la réalisation du matériau composite sont préférentiellement déterminées en fonction du coefficient de dilation de la feuille de verre 1. Ainsi, il est possible d'alterner en proportions adéquates un tissu de verre et un tissu de carbone de façon à obtenir un matériau composite de même coefficient de dilatation, ou de coefficient de dilatation sensiblement similaire, c'est-à-dire avec une approximation de l'ordre de 10%. Ainsi, lors des variations de température auxquelles pourrait être soumises la structure réfléchissante multicouche, les problématiques d'effet bilame sont éliminées ou sensiblement réduites. Avantageusement, la nature et l'épaisseur de la feuille de verre et du composite sont déterminés de manière à ce que la fibre neutre en flexion de la structure réfléchissante 10 se situe au niveau de l'interface feuille de verre/composite. Une telle configuration permet avantageusement de minimiser les contraintes de traction et de cisaillement du verre. Ainsi, une flexion de la structure réfléchissante dont la concavité est réalisée côté verre générera principalement que des contraintes de compression à l'intérieur du verre. La structure réfléchissante selon l'invention permet ainsi de mieux résister à des fortes courbures qu'une feuille de verre seule.
Pour obtenir cette configuration, l'épaisseur de la feuille de verre mince et l'épaisseur du support doivent respecter les proportions données par la relation suivante : epverre = Everre epsupport Esupport avec : epverre Épaisseur de la feuille de verre ; ePsupport Épaisseur du support ; Everre - Module d'Young de la feuille de verre ; Esup port- Module d'Young du support. Ainsi à titre d'exemple, une feuille de verre de 1 millimètre (mm) d'épaisseur, 10 présentant un module d'Young de 60 GPa, sera associée à un support en matériau composite de 0,25mm d'épaisseur si celui-ci est formé par un composite carbone-époxy présentant un module d'Young de 240 GPa. La structure réfléchissante 10 ainsi réalisée est destinée à être découpée puis mise en forme pour diverses applications, par exemple pour la 15 réalisation de concentrateurs solaires, de forme parabolique, cylindra-parabolique. A cette fin, le procédé de réalisation d'un concentrateur solaire comporte une première étape de fabrication de la structure réfléchissante 10 par l'assemblage des différentes couches décrites précédemment, de manière à 20 obtenir une structure multicouche plane. Une seconde étape consiste à découper la structure plane aux dimensions souhaitées et notamment de manière à pouvoir réaliser une mise en forme de la structure, par exemple sphérique, parabolique, etc. De manière à pouvoir réaliser la mise en forme de la structure, il peut être 25 nécessaire de réaliser une découpe extérieure aux dimensions et des découpes à l'intérieure avec, le cas échéant, enlèvement de matière, par exemple sous la forme d'une ou de plusieurs fentes 13 de largeur éventuellement variable. Un exemple de découpe est illustré à titre d'exemple à la figure 2. Dans cet exemple de réalisation, les fentes 13 sont réalisées dans l'épaisseur de la structure 10 qui est maintenue par la partie centrale non découpée. Enfin, dans une troisième étape, la structure réfléchissante 10 découpée est mise en forme directement sur un bâti ou sur une structure présentant la forme finale du concentrateur solaire. Grâce à l'utilisation d'un support flexible en matériau composite solidaire de la feuille de verre de faible épaisseur, par exemple 1mm, la structure réfléchissante selon l'invention peut accepter des déformations avec des rayons de courbures pouvant descendre jusqu'à 500 mm. La couche réfléchissante 2 peut être réalisée par exemple par une argenture ou encore par métallisation d'une couche d'aluminium, ou encore par tout procédé de dépôt d'une couche métallique, comme un procédé de dépôt en phase vapeur (PVD pour Physical Vapor Deposition en langue anglaise), un procédé de dépôt chimique en phase vapeur (CVD pour Chemical Vapor Deposition), un procédé d'évaporation, ... La couche réfléchissante est préférentiellement disposée sur la face intérieure du verre, c'est-à-dire la face coté support de manière à être protégée. Cependant, pour obtenir une réflectivité maximale (par exemple supérieure à 90%) il pourrait être avantageux de placer la couche réfléchissante sur la face extérieure. La structure réfléchissante multicouche selon l'invention présente également les avantages suivants : - l'utilisation d'un support en matériau composite permet d'empêcher la propagation des fissures ; ainsi, un impact résultant d'une projection de grêle ou de cailloux reste localisé ; - la structure est facilement transportable, manipulable sans risque de casse et peut être transportée sous la forme de grandes longueurs ; - la structure peut être mise en forme selon une double courbure, notamment en vue de la réalisation d'une structure réfléchissante parabolique, au moyen de prédécoupes appropriées opérées par exemple par jet d'eau ; - les découpes de la structure réfléchissante ne génèrent pas d'amorce de rupture ; - la nature des matériaux utilisés pour la réalisation de la structure réfléchissante permet de réaliser des systèmes concentrateurs solaires légers et par conséquent plus facilement transportables.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Structure réfléchissante multicouche (10) comportant : un support (3) ; une couche réfléchissante (2) ; une feuille de verre mince (1) solidarisée sur ledit support ; ladite structure (10) étant caractérisée en ce que ladite feuille de verre mince (1) est solidarisée sur ledit support et en ce que ledit support (3) est un support flexible apte à être déformé de manière à mettre en forme ladite feuille de verre mince.
  2. 2. Structure réfléchissante multicouche (10) selon la revendication précédente caractérisée en ce que ledit support (3) est formé par un matériau composite composé de fibres noyées dans une résine.
  3. 3. Structure réfléchissante multicouche (10) selon la revendication précédente caractérisée en ce que lesdites fibres sont des fibres de verres et/ou des fibres de carbone et/ou des fibres d'aramide et/ou des fibres végétales.
  4. 4. Structure réfléchissante multicouche (10) selon l'une des revendications 2 à 3 caractérisée en ce que la forme et/ou la nature et/ou l'épaisseur des fibres sont choisies en fonction de la valeur du coefficient de dilation de ladite feuille de verre mince (1). 25
  5. 5. Structure réfléchissante multicouche (10) selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que les caractéristiques mécaniques dudit support (3) sont déterminées de manière à ce que la ligne neutre de déformation en flexion de ladite structure (10) est positionnée à 30 l'interface de ladite feuille de verre mince (1) et dudit support (3). 20
  6. 6. Structure réfléchissante multicouche (10) selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que l'épaisseur de la feuille de verre mince ver(epsupport)(en et l'épaisseur du support (epsupport) sont déterminées r en respectant la proportion suivante : ePverre Everre epsupport Esupport avec : ePverre Épaisseur de la feuille de verre mince ; epsupport Épaisseur du support ; Everre. Module d'Young de la feuille de verre mince ; Esupport Module d'Young du support.
  7. 7. Dispositif de concentration d'énergie solaire caractérisé en ce qu'il comporte une structure réfléchissante multicouche (10) selon l'une des revendications 1 à 6, mise en forme sur un bâti rigide, ladite structure réfléchissante multicouche mise en forme étant apte à concentrer l'énergie solaire.
  8. 8. Dispositif de concentration d'énergie solaire selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comporte une structure réfléchissante multicouche (10) présentant des fentes (13).
  9. 9. Procédé de réalisation d'un dispositif de concentration d'énergie solaire selon la revendication 8 caractérisé en ce qu'il comporte notamment les étapes consistant à : réaliser une feuille de verre mince (1) plane ; recouvrir une face de ladite feuille de verre mince (1) d'une couche de matériau réfléchissant (2) ; solidariser ladite feuille de verre mince (1) plane sur un support (3) plan réalisé en matériau composite ; mettre en forme et solidarisation de la structure réfléchissante multicouche (10) formée lors des étapes précédentes sur un bâti 25 30rigide présentant la forme finale du dispositif de concentration d'énergie solaire.
  10. 10. Procédé de réalisation d'un dispositif de concentration d'énergie solaire selon la revendication 9 caractérisé en ce que l'étape de mise en forme est précédée par une étape de prédécoupe de la structure réfléchissante multicouche (10) dans son épaisseur de manière à faciliter sa mise en forme.
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