Pistes : Enneigeur HP/BP

Mardi 4 Décembre 2012

Omniprésente dans nos stations, la neige de culture a connu bons nombres d’évolutions. Ils sont nombreux à s’être essayés à la transformation de l’eau et de l’air en neige. Si pour certains, le résultat n’a pas été au rendez-vous, d’autres ont réussi a faire des prouesses, le produit s’est au fil des temps amélioré, grâce aux différentes technologies mises en œuvre. Retour donc sur l’histoire de cet or blanc, ce produit qui fait désormais partie de notre quotidien et sans lequel nos saisons hivernales ne seraient pas forcément garanties.

Une histoire d’eau et d’air

1950/1960 : Les pionniers

Enneigeur

C’est vers l’Amérique du nord qu’il faut se tourner pour observer les prémisses de la neige de culture. En 1948, le professeur Ringer et son équipe étudient en soufflerie le comportement d’un turbo réacteur soumis au givre. Ils injectèrent de l’eau dans un jet d’air comprimé et le résultat ne fut pas du givre mais de la neige !
Autre nom qui a compté, celui des frères Tropeano, propriétaire de Larchmont Irrigation Co. Ils expérimentaient à l’extérieur, une machine pour pulvériser de l’eau sur les arbres fruitiers afin de les protéger contre le gel. Et là encore, l’eau pulvérisée s’est transformée en neige…
En 1949, les stations de l’est de l’Amérique du Nord s’inquiètent face au manque de neige. Nombreux vont être ceux à se pencher sur cette problématique. La station de Mohawk Mountain a alors l’idée de fabriquer de la neige à partir de glace pilée et de l’étendre sur les pistes. La Compagnie Tey Manufacturing de Wayne Pierce, alors fabriquant de skis, est également fortement impactée par le manque de neige. Monsieur Pierce eut donc l’idée de pulvériser des gouttelettes d’eau dans de l’air froid ; l’eau se transformerait en cristaux de neige. Avec un compresseur à peinture, un embout et un tuyau d’arrosage, Pierce et ses associés conçurent le premier enneigeur. Les essais vont se poursuivre, Tey Manufacturing perfectionne l’appareil et dépose un brevet. Fin 1950, deux installations complètes sont sur pieds à Mohawk Mountain et Big Boulder. En 1955, Larchmont prend possession du brevet et se lance dans le développement d’enneigeurs. Les stations nord-américaines s’équipent : c’est un succès pour Larchmont.
Les cerveaux s’activent, d’autres constructeurs, Ratnik par exemple, se lancent dans la réalisation d’enneigeurs air/eau à mélange interne appelés bi-fluide ou haute pression d’air, sur des bases similaires. La technologie air/eau à mélange interne va être améliorée. Pour adapter manuellement le débit des enneigeurs à la température, il fallait une vanne précise et résistante au gel. Les constructeurs vont donc développer des Hydrants ou bornes fontaines dont la vanne est fixée sur la tuyauterie enterrée et le volant au-dessus du sol.
Dès le début des années 60, la neige de culture passe à l’ère industrielle, Larchmont et Ratnik commencent à exporter vers l’Europe.
1963, la station du Champ du Feu, dans le Bas-Rhin fait fonctionner des enneigeurs, d’autres vont suivre le mouvement : Chamonix, Cervières, …
En 1958, Alden Hanson dépose une demande de brevet pour une nouvelle machine : un ventilateur brassant l’air ambiant dont le flux impacte et entraîne de l’eau finement pulvérisée. C’est le brevet pionnier de toutes les machines d’enneigement ventilateurs.
La technique Hanson ne va pas s’avérer la meilleure. Les gouttes d’eau refroidies par leur échange avec l’air ne congelaient pas avant de toucher le sol. En effet, l’eau peut rester à température négative sans congeler, c’est le phénomène de surfusion. Pour éviter ça, il faut une action mécanique ou un agent nucléant.
L’objectif affiché est alors clair : garantir la nucléation des gouttes. Résultat, en 1969, 3 brevets sont déposés.
Le brevet Wollin va concerner un appareil dans lequel l’eau est projetée à l’arrière d’une hélice de ventilateur. L’eau pulvérisée au passage ressort à l’avant de l’hélice, transformée en neige : c’est le premier enneigeur SMI.
En 1968, c’est la société Linde Kältetechnic qui apporte sa pierre à l’édifice en déposant un brevet pour un ventilateur ayant une première couronne de buses à mélange interne air et eau puis d’autres couronnes ne pulvérisant que de l’eau.
Puis, la compagnie Hedco, aux Etats-Unis, dépose un brevet pour un canon ventilateur dans lequel figure un appareil spécifique : le nucléateur. Il s’agit là d’un micro-enneigeur qui utilise la détente de l’air comprimé pour congeler un très petit débit d’eau ensemençant le jet principal.
Les enneigeurs de types ventilateurs vont alors entrer dans l’ère industrielle.

 

1970 : A la conquête de l’Europe

Pour répondre aux besoins des stations européennes, plusieurs sociétés vont collaborer avec les industriels américains.
En France, Dupont et CECIL réalisent la première installation significative en France en assurant l’enneigement total de 14 ha, à Flaine, en 1973 sur la base des enneigeurs à mélange interne. Isola 2000, la Bresse, … franchissent également le pas.
La société York, quant à elle, spécialisée dans le froid industriel, cherche à diversifier ses activités. Décision va être prise de monter une activité dédiée à l’enneigement, sur la base des technologies américaines à mélange interne. L’idée d’un enneigeur à la fois plus performant et d’un système limitant le coût de main d’œuvre amena à un projet ambitieux : rendre la production de neige la plus automatique possible. Ce sera chose faite avec un enneigeur dont le rapport air/eau était directement lié à la pression d’eau et indépendant de la pression d’air. Les travaux commencèrent en 1976 ; en 1979 le brevet est déposé, l’enneigeur fonctionne.
Pour les ventilateurs, la technologie s’affine. En Europe, la société Sufag est créée, elle rachète le brevet Linde en améliorant les produits.
Début 70, à Seven Springs, Herman Klaus Dupré place un enneigeur air et eau à grande hauteur, puis il décide d’impacter un jet d’eau avec un jet d’air. Le rapport air/eau plus bas que la normale, peut atteindre 8 à basse température ; c’est ainsi qu’est née la technologie air et eau à mélange externe.

 

1980 : L’ère de l’automatisme

enneigeursLes constructeurs vont prendre conscience que la seule manière d’exploiter les brèves fenêtres de froid est de gérer automatiquement le système d’enneigement. Chez York, la première étape fut un système semi-automatique, où les machines démarreraient automatiquement en fonction de la température extérieure et où les vannes, préréglées permettraient un fonctionnement à - 4°C. Les exploitants vont se montrer fort intéressés en la matière, ils en veulent plus. La volonté : il faut, dès que les températures sont favorables, démarrer les machines nécessaires mais aussi faire fonctionner à distance les enneigeurs qui le peuvent. La solution : un ordinateur mesurant les paramètres de fonctionnement, calculant les besoins en eau et en air des enneigeurs, contrôlant les machines et pilotant un réseau de vannes alimentant les enneigeurs. Ce système et la conception de la vanne vont alors être brevetés.
La conception des composants et l’écriture des premiers programmes sur station prirent quelques années et la première installation automatique fut mise au point aux Planards, à Chamonix. Voilà la neige automatique.
Entre 1984 et 1986, plus de 30 stations s’équipent. La technique va s’exporter en Italie, en Suisse, au Canada, aux Etats-Unis, au Japon et en Corée. Au fil des ans, grâce aux observations des exploitants, la technique va s’affiner et va aller plus loin avec de nouvelles fonctions. Nul doute, l’automatisme va considérablement changer la notion de performance d’un enneigeur.
En 1980, Louis Handfield décide de créer sa propre machine.
Le principe : utiliser une buse unique à débit variable au milieu du flux du ventilateur. Il crée alors Turbocristal. Dans les mêmes années, en Suède, Lennart Nilson affine le procédé Linde/Sufag en concevant un ventilateur avec une multitude de petites buses ; les petites gouttes produites amélioraient le fonctionnement en marginal. La société Lenko fut créée et commença à s’exporter vers l’Autriche.

 

1990 : Avènement de l’automatisme et course à la performance

Les années 1990 et les hivers sans neige font prendre conscience aux exploitants que la fabrication de neige de culture est un élément indispensable pour garantir l’ouverture des stations. La complémentarité des ventilateurs et des enneigeurs à mélange interne apparaît alors pleinement. Les faibles coûts énergétiques et le niveau de bruit réduit apparaissent comme les atouts incontestables des ventilateurs. Cette technologie sembla même prendre l’avantage sur les enneigeurs à mélange interne. Le coût energétique obtenu par les ventilateurs européens était plus bas que celui à mélange interne ; York va alors intégrer dans sa gamme un ventilateur automatique. Commercialisé sous le nom de Cyrus, le premier ventilateur à buse centrale se positionne comme un bon complément à la gamme York. En Europe dans les années 1995/1996, la démarche d’automatisation initiée par York s’impose comme un standard, chaque constructeur s’efforcera alors d’automatiser enneigeurs et salles des machines. L’automatisation d’un ventilateur posa quelques difficultés, l’électronique embarquée étant exposée à des contraintes importantes et à des conditions d’utilisation difficiles. Cette étape fut un frein pour certains constructeurs, d’autres franchirent le cap avec succès, en fiabilisant les composants à un point tel que ces enneigeurs devinrent des produits de distribution (TechnoAlpin, Lenko, Sufag).
Les enneigeurs vont désormais faire partie du paysage des stations de ski, va se poser alors la question de leur impact sur l’environnement. Pour limiter les nuisances sonores, une meilleure utilisation de l’air va être étudiée. La réduction des vitesses des ventilateurs sera également une solution pertinente. Aux Etats-Unis, Charles Sentry commercialise la perche à mélange externe HKD à 12 m. L’arrivée de ce produit en Europe va marquer un tournant majeur dans la profession. Le coût énergétique, plus bas que toutes les autres technologies va convaincre les exploitants. Les travaux de recherche vont se poursuivre. York va mettre au point un modèle qui lors d’essais à Courchevel a vu le rapport air/eau divisé par 3. Le rapport air/eau à - 4°C atteignit 25 : ainsi est née en 1994 la gamme des perches à mélange interne. Recherche encore et toujours ; un modèle numérique des jets biphasiques et un modèle de congélation de gouttes vont être élaborés puis confirmés en soufflerie. En 1996, suite à ces travaux, York arrive à une conclusion : de simples buses correctement nuclées et mises en hauteur devaient pouvoir obtenir des performances encore supérieures.
Des prototypes vont alors être réalisés. Cette technique rejoint les ventilateurs multi-buses avec leurs couronnes et leurs nucléateurs, tout en s’affranchissant du ventilateur. Il devint cependant capital d’exploiter toute la pression d’eau et d’optimiser la forme du jet. Un nucléateur de portée suffisante, peu dépendant de la pression d’eau et consommant le moins d’air possible va être créé. Les performances vont alors être multipliées par 10. Avec l’enneigeur Rubis, la voie des perches mixtes à mélange air/eau et régulant venait de voir le jour... Des démarches similaires émergeront en Italie, d’autres constructeurs (Suède, Autriche...) poursuivront sur la voie des enneigeurs à mélange externe.

 

2000 : Mieux gérer les ressources et augmenter les capacités

Le climat change, les stations doivent maximiser leur capacité d’enneigement. La neige de culture est bel et bien indispensable à l’exploitation d’un domaine skiable. Les capacités de production instantanée des installations deviennent un facteur déterminant. Les débits d’eau nécessaires vont être augmentés, des retenues collinaires de grandes capacités vont être réalisées. Ces ouvrages limitent l’impact sur la ressource en eau dans le milieu naturel. Ils permettent une disponibilité optimale de la ressource sans contrainte de prélèvement ou de limitation de volume, utilisable immédiatement pendant les heures de froid. Enfin, ils permettent de travailler en mode gravitaire et ainsi de limiter le recours à la surpression et donc de réduire les coûts énergétiques liés aux pompages. Certaines installations vont devenir très complexes en termes de process et de gestion actives des ressources. Les contraintes dictées par l’augmentation des débits, ainsi que les tailles des installations ont conduit de plus en plus à partager les ressources en eau et en air entre les différentes salles des machines et entre les secteurs enneigés sur l’ensemble du domaine partout où cela était nécessaire ou possible. Les ventilateurs vont arriver à un niveau d’automatisme extrêmement poussé. Les perches mixtes ne consomment que l’air de nucléation, le niveau de bruit atteint des valeurs extrêmement basses ; les perches se généralisent dans toute la profession. Certains constructeurs vont se tourner vers l’utilisation de buses à géométrie variable pour exploiter une plus grande gamme de températures. Cette voie s’avère prometteuse : lors d’essais, des records d’efficacité absolus sont atteints avec 60 m3 d’eau transformée en neige pour 50 m3/h d’air.
Tous vont continuer à perfectionner leurs installations. Les problématiques environnementales vont être désormais au centre de toutes les préoccupations. Chaque constructeur n’aura de cesse de concevoir des installations, des produits le moins énergivore possible, pour la plus grande satisfaction des clients et de la nature. 
Cf Montagne Leaders 200, contribution de Michel Galvin.

 

Photos : © DR

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