janvier 2022
Un garage mobile pour protéger le miroir parabolique
Construction en acier
L’EPF Zurich a développé une technologie pour produire des carburants liquides à partir de la lumière du soleil et de l’air. L’élément central est un miroir parabolique placé sur le toit de l’EPFZ. Pour protéger cet instrument sensible des influences climatiques lorsqu’il n’est pas utilisé, un garage mobile sur rails a été construit. Acier, mécanique, électronique et innovation ont joué un rôle central dans cette réalisation.
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Construction en acier
Un garage mobile pour protéger le miroir parabolique
L’EPF Zurich a développé une technologie pour produire des carburants liquides à partir de la lumière du soleil et de l’air. L’élément central est un miroir parabolique placé sur le toit de l’EPFZ. Pour protéger cet instrument sensible des influences climatiques lorsqu’il n’est pas utilisé, un garage mobile sur rails a été construit. Acier, mécanique, électronique et innovation ont joué un rôle central dans cette réalisation.
Bénéficiant d’une situation idéale, le nouveau miroir parabolique trône sur le toit plat de l’EPF Zurich, loin des bâtiments voisins susceptibles de restreindre la luminosité. Il concentre le rayonnement solaire et le renvoie vers le réacteur solaire sous forme de chaleur de processus pour, au final, obtenir des carburants liquides (voir aussi « Informations techniques » en annexe). L’appareil hautement sensible présente un diamètre d’environ 2 m et comporte de très nombreuses articulations. Pour garantir sa stabilité dans chaque position de départ, le miroir mobile repose sur une plate-forme massive en acier.
Pour le protéger du vent et de la météo, l’entreprise Blaser Metallbau AG d’Andelfingen a construit un garage mobile de 5 m de large, 5 m de profondeur et 5 m de haut. Cet ouvrage volumineux est doté d’un volet roulant intégré. Une porte à un battant est intégrée pour permettre un accès par le côté. Toutes les fermetures sont dotées de dispositifs de sécurité et d’éléments de surveillance adaptés.
Un système de rails pour déplacer 12 tonnes
Pour exposer le miroir parabolique aux rayons du soleil, celui-ci doit d’abord être sorti de son abri. Pour ce faire, on procède à l’ouverture du volet roulant et à la libération des éléments de blocage. L’abri qui, vu en plan, présente une forme de U, peut alors être déplacé sur le système de rails à l’aide du treuil électrique.
La structure portante de ce garage mobile se compose de poutrelles à larges ailes et de profilés en acier. La structure primaire est composée d’un cadre de sol périphérique sur trois côtés surmonté de travées en acier associées à divers contreventements. Des profilés en aluminium horizontaux tournés vers l’extérieur servent de structure porteuse pour les panneaux en tôle de type Montaform 25/333. En tout, la construction mobile pèse environ 12 tonnes sur les rails.
L’objectif était de construire une cabine aussi légère que possible mais résistante au vent. Sur le plan statique, il a fallu tenir compte des différentes conditions en termes de vent, de météo et de températures que l’on rencontre à Zurich tout au long de l’année, et ce tant pour le châssis que pour le volet roulant et l’ensemble des composants mécatroniques.
Déplacement par moteur électrique
La cabine rejoint sa destination presque sans bruit sur un système de rails d’environ 28 m de long en profilés laminés HEA 260. Des roues pour charges lourdes en polyamide disposées en dessous et présentant un diamètre de 150 mm et une épaisseur de 50 mm offrent une capacité de charge de 2100 kg par roue et permettent un déplacement sans friction.
Entraînée par un treuil à renvoi d’angle et un moteur électrique, la cabine parcourt environ 20 m en 3 minutes. Le moteur électrique à engrenage fait tourner le tambour de câble, enroulant ou déroulant le câble. Le positionnement précis est obtenu à l’aide de capteurs de proximité. Une butée mécanique de protection se trouve en bout de ligne. L’actionnement de l’unité d’entraînement se fait via une commande homme mort. En hiver, un bouclier de déneigement devant les roues assure la sécurité de fonctionnement.
Nombreux défis techniques
« La conception de cette structure mobile nous a amenés à surmonter plusieurs obstacles techniques », explique Daniel Vonrüti, CEO de Blaser Metallbau AG : « Il a entre autres fallu répondre à toutes les exigences techniques de l’EPFZ, y compris sur le plan mécatronique, tout en tenant compte des composants électriques comme le volet roulant, la porte de service, le système d’entraînement, etc. Parallèlement, nous avons aussi dû respecter les mesures de protection nécessaires et satisfaire aux directives Machines, marquage CE compris. Naturellement, les documentations correspondantes ont aussi dû être fournies.
Mais le timing serré pour l’ensemble du processus, depuis la planification jusqu’au montage en passant par la fabrication, a également rendu ce projet passionnant. Le montage en lui-même a demandé beaucoup d’esprit d’innovation et des processus prédéfinis avec précision ».
Le montage, un défi logistique
Pour résister aux fortes sollicitations futures, il a d’abord fallu transformer et assainir le toit existant. La structure en acier volumineuse et mobile a nécessité des fondations en béton massives qui ont été coulées sur place. Le montage en lui-même s’est distingué par le fait que l’espace était très restreint, d’une part pour l’entreposage des matériaux, d’autre part pour l’installation des composants à proprement parler. C’est pourquoi Blaser Metallbau a fait installer une grue à montage rapide automatisé pour la livraison des matériaux. Cela a permis d’éviter des fermetures de routes prolongées et de desservir parfaitement le chantier en comblant un écart d’environ 60 m en passant par-dessus les caténaires des lignes de tram. La livraison des matériaux a été minutieusement planifiée selon la place disponible et le déroulement du montage. Pour ériger la construction en acier et les autres installations, une mini-grue mobile sur chenilles a été utilisée.
Comme tout le bâtiment de l’EPFZ est resté ouvert pendant le montage, il a fallu éviter au mieux les nuisances sonores. Enfin, pendant la phase de montage en été, des températures de plus de 40 °C régnaient sur le toit récemment isolé et recouvert de feuilles noires. Des conditions loin d’être agréables. ■
Panneau de chantier
Projet :
EPF Zurich
Maître d’ouvrage :
EPF Zurich
Architecture et direction des travaux :
Itten+Brechbühl SA, Zurich
Construction acier et métal :
Blaser Metallbau AG, Andelfingen
Partenaire système d’entraînement :
Wyss Bühnenbau AG, Näfels
Informations techniques (source : EPF Zurich)
Des chercheurs de l’EPF Zurich ont développé une technologie pour produire des carburants liquides à partir de la lumière du soleil et de l’air. Pour la première fois au monde, ils présentent toute la chaîne de processus thermochimique en conditions réelles avec la mini-raffinerie solaire sur le toit du laboratoire de machines de l’EPF Zurich.
Fonctionnement de la nouvelle mini-raffinerie solaire
La chaîne de processus de la nouvelle installation intègre trois processus de conversion thermochimiques : premièrement, une extraction du CO 2 et de l’eau présents dans l’air, deuxièmement, la dissociation par processus solaire et thermochimique du CO 2 et de l’eau et, troisièmement, la liquéfaction en hydrocarbures. Par un processus d’adsorption et de désorption, le CO 2 et l’eau sont prélevés directement dans l’air ambiant. Tous deux sont amenés au réacteur solaire dans le foyer d’un miroir parabolique.
Le rayonnement solaire est concentré 3000 fois par le miroir parabolique, collecté à l’intérieur du réacteur et converti en chaleur de processus à une température de 1500 °C. Une structure céramique spéciale en oxyde de cérium se trouve au cœur du réacteur. En une réaction en deux étapes appelée « cycle redox », l’eau et le CO 2 y sont séparés et du gaz de synthèse est produit. Le mélange d’hydrogène et de monoxyde de carbone peut être transformé en carburants liquides à l’aide d’une synthèse de méthanol ou de Fischer-Tropsch traditionnelle.
