Brevet FR2260000A1 — publié le 19750829

La présente invention a pour oblat une installation destinée à la production d'énergie electrique à partir des variations alternatives du niveau de la mer Actuellement l'energie maremotrice est très peu utilisee et l'énergie des vagues ne l'est pas du tout. La seule realisation française utilise des turbines inversables, fonctionnant donc dans les deux sens, au flux et au reflux, en recevant alternativement la pression des eaux montantes et celle des eaux descendantes. Une installation maremotrice fonctionnant d'après un tel principe est d'un faible rendement en regard du prix et de l'importance des infrastructures mises en place. La présente invention vise à remédier a cet inconvénient, en proposant une installation fonct Cette installation comprend, en combinaison,d'une part, au moins un flotteur mobile verticalement entre les niveaux entre mes de la mer à l'endroit considéré et d'autre part, des moyens de transmission hydrauliques etZou mécaniques aptes à capter les mouvements verticaux du flotteur résultant des marées ou des vagues, pour les transmettre à l'arbre d'au moins une machine gé nératrice de courant électrique. Dans une première forme d'exécution de l'invention,l'installation comporte un réservoir étanche à parois vertXcxles conte exteri eur nant un piston solidaire d'au moins un flotte mobile verticalement entre le niveau des basses eaux et le niveau des hautes eaux, à l'intérieur d'un bassin communiquant avec la haute mer dans une région choisie pour l'amplitude de ses marées,le fond du réservoir précité étant relié,par une canalisation, a au moins une turbine entranant la machine génératrice de courant électri que. On realise ainsi une installation marémotrice fournissant de l'électricité pour un prix extremement modique. Si cette turbine est à pales inversables, elle peut être entraSnée aussi bien pendant la phase d'aspiration d'eau dans le réservoir, correspondant a' la montée du piston entraîné par son flotteur sous l'action des eaux montants, que pendant la phase de refoulement de l'eau bors du réservoir, correspondant à la descente du piston entratné par son poids lors du reflux, ltorienta- tion des pales de la turbine étant inversée entre chacune des phases précédentes.On peut aussi prévoir deux turbines dont l'une est entraînée pendant la phase de montée des eaux et l'autre pendant la phase de descente des eaux, chaque canalisation reliant l'une des turbines au fond du réservoir étant équipée d'une vanne permettant de la mettre en service uniquement pendant la phase où la turbine correspondante doit etre actionnée. Dans une seconde forme d'exécution de l'invention,les moyens aptes à capter les mouvements verticaux du flotteur, résultant des vagues, pour les transmettre à l'arbre de la machine génératrice de courant électrique, sont purement mécaniques et comprennent une crémaillère verticale à double denture, solidaire du flotteur coulissant dans des guides verticaux, ladite crémaillère s'engrenant avec deux pignons débrayables de manière à transmettre alternativement à deux arbres parallèles des rotations de même sens, elles-memes transmises par d'autres pignons à l'arbre de la génératrice de courant, ce qui permet de transformer le mouvement alternatif du flotteur, sollicité verticalement par le déplacement des vagues, en un mouvement rotatif continu de sens invariable.Dans cette installation qui n'est plus marémotrice mais qui utilise l'énergie des vagues, les guides verticaux du flotteur sont avantageusement fixés à une structure en surplomb au-dessus de la mer, reliée à une île ou à une partie avancée, naturelle ou artificielle, servant de socle à la génératrice de courant. Dans une troisième forme d'exécution de l'invention, les moyens aptes à capter les mouvements verticaux du flotteur,résultant des vagues, pour les transmettre à l'arbre de la machine génératrice de courant électrique, sont à la fois mécaniques et hydrauliques et comprennent un levier recueillant les déplacements alternatifs du flotteur pour les transmettre à un piston dépla çable verticalement à l'intérieur d'un cylindre relié,par une canalisation d'aspiration munie d'un clapet, à la mer et,par une canalisation de refoulement munie d'un clapet, à une turbine entraînant la machine génératrice de courant électrique. On dispose ainsi d'une autre solution pour utiliser l'énergie des vagues.De façon avantageuse, ici encore, le levier est disposé en surplomb au-dessus de la mer et articulé autour d'un axe situé sur une île ou une partie avancée, naturelle ou artificielle, à l'intérieur de laquelle sont creusés le cylindre et les différentes canalisations, ainsi que le logement de la turbine et de la génératrice de courant. Pour toutes ces formes d'exécution, plusieurs flotteurs associés à plusieurs mécanismes élémentaires peuvent être groupés pour actionner une même génératrice de courant, de manière à accroître la puissance de l'installation et à obtenir un fonction nement continu. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, quelques formes d'exécution de cette installation productrice d'énergie électrique. Fig.l est une vue en coupe d'une installation marémotrice selon l'invention, représentée dans la position correspondant aux basses eaux; Figez est une vue similaire à figure I mais représentant l'installation dans la position correspondant aux hautes eaux; Fig.3 est une vue de coté d'une installation élémentaire utilisant l'énergie des vagues, qu'elle transmet à une génératrice électrique par des moyens purement mécaniques; Fig 4 est une vue en plan par dessus d'une installation groupant six éléments conformes à celui de figure 3; Figes est une vue de détail montrant une partie du mécanisme de cette installation afin d'illustrer son fonctionnement;; Fig.6 est une vue de côté7 avec coupes partielles, d'une installation élémentaire utilisant l'énergie des vagues,qu'eIIe transmet à une génératrice électrique par des moyens à la fois mécaniques et hydrauliques; Figez est-une vue en plan pardessus d'une installationgroupant quatre éléments conformes à celui de figure 6. L'installation 'selon l'invention représentée aux figures I et 2 est une installation marémotrice, dont le fonctionnement est donc rendu possible par le flux et le reflux. A l'intérieur d'un plan deau marin 1, choisi entre autres pour l'ampli t ude de ses marées, est prévu un grand bassin 2 entièrement clos,liti- té par des digues 3. Le bassin 2 communique avec la haute mer 1 grâce à des pipes 4. Des vannes non représentées peuvent entre prévues sur les pipes 4 afin d'isoler l'installation de la haute mer, par exemple pour des réparations. A l'intérieur du bassin 2, et séparé de ce dernier par des cloisons étanches 5, est prévu un réservoir 6 de forme cylindri que. A I1 intérieur du réservoir 6 est -logé un piston 7 mobile verticalement. Ce piston est disposé à la partie inférieure d'une structure mobile 8 reliée à un ensemble de caissons étanches 9 constituant flotteurs. Les flotteurs 9 sont disposés à l'extérieur du réservoir 6, de manière à pouvoir coulisser le long de ses cloisons 5. L'ensemble mobile constitué par le piston 7, la structure 8 et les flotteurs 9 se trouve ainsi, à tout instant, à un niveau déterminé par celui de l'eau dans le bassin 2. Le fond du réservoir 6 est relié, par une canalisation 10, à une turbine Il qui se trouve immergée légèrement à une certaine distance du bassin 2. La turbine Il est accouplée à une machine génératrice de courant électrique, par exemple un alternateur, ne figurant pas sur le dessin. La comparaison des figures 1 et 2 permet de comprendre aisément le fonctionnement de cette installation. Au moment du flux, lleau du plan d'eau 1 monte suivant les flèches -12 et le niveau du bassin 2 s'élève de la même fa çon puisque ce bassin communique avec la haute mer par les pipes 4. Les flotteurs 9 suivent ce mouvement ascendant et sollicitent donc le piston t qui, pontant dans le réservoir 6, crée une dépression dans la canalisation 10, de sorte que la turbine 11 se trouve entraînée en rotation par un courant qui s'établit suivant la flèche 13 dans la canalisation 10. Ce fonctionnement se poursuit jusqu'à ce que le niveau des hautes eaux soit atteint; le réservoir 6 est alors rempli d'eau. Au moment du reflux, l'eau du plan d'eau 1 redescend suivant les flèches 14 et le niveau du bassin 2 s'abaisse de la m8me façon. Les flotteurs 9 suivent ce mouvement descendant et le piston vient, sous l'action de son poids, comprimer l'eau du réservoir 6. Cette pression refoule l'eau dans la canalisation lO,et le courant qui s'établit en sens inverse,sulvant la flèche 15, peut entraîner en rotation la même turbine 11 si cette dernière est à pales inversables, auquel cas, bien entendu, l'orientation des pales doit être inversée entre chacune des phases du fonctionnement.La phase précédemment décrite se poursuit jusqu'à ce que le niveau des basses eaux soit atteint, pui8 le même cycle se r6pète. On peut renoncer à utiliser une turbine à pales inversables Si l'on prévoit deux turbines dont l'une est entraînée pen dans la phase de montée des eaux et l'autre pendant la phase de descente des eauxC'est le cas suggéré par les figures I et 2 où chaque canalisation 10 reliant l'une des turbines Il au fond du réservoir 6 est équipée d'une vanne 16 permettant de la mettre en service uniquement pendant l'une des deux phases du cycle de fonctionnement. Plusieurs ensembles semblables à celui représenté au dessin peuvent être reliés à une même turbine, de manière à accroître la puissance. On peut alors prévoir une pluralité de bassins 2 dont l'ensemble forme un grand bassin cloisonné. Dans ce cas, il est avantageux d'équiper les canalisations 10 de vannes permettant de déphaser les déplacements du piston 7 par rapport aux variations du niveau des eaux. Les déphasages ainsi obtenus entre les mouvements des différents pistons permettraient d'as surer une parfaite continuité de fonctionnement de 11 installa- tion. Le même principe consistant à utiliser des flotteurs qui suivent les variationalternatives du niveau de l'eau est mis en application dans des installations représentées aux figures 3 à 7 qui utilisent l'énergie des vagues. La forme d'exécution des figures 3 à 5 est purement mécani que. Dans un endroit où l'influence des vents, de la profondeur de la mer, de la configuration des côtes crée un mouvement de vagues important et permanent, est disposé un flotteur 17 pou vant se déplacer verticalement le long de guides verticaux 18 dont le sommet est fixé à une structure 19 en surplomb au-des sus de la mer. La structure 19 est reliée à un socle naturel ou artificiel 20 qui peut etre par exemple une île ou une jétée. Comme le montre la figure 4, l'îlot central 20 peut supporter plusieurs structures - 19 identiques disposées radialement,par exemple ix structure séparées par des angles de 600, et cha cune de ces structures 19 porte les guides 18 d'un flotteur 17. Au-dessus de chaque flotteur 17 , et solidaire de ce der nier, est prevue une crémaillère verticale 21 ayant sur chacune de ses faces une denture, respectivement 22 et 23. L'une 22 de ces dentures s'engrène avec un pignon 24 monté sur un premier arbre horizontal 25. L'autre denture li s' engrène avec un pi gnon 26 monté sur un second arbre horizontal 27 parallèle au premier. Les extrémités des arbres 25 et 27 situées du coté de l'flot 20 portent des pignons intermédiaires,respectivement 28 et 29, s'engrenant avec un même pignon récepteur 30 calé sur l'arbre d'une machine génératrice de courant électrique 31 portée par l'îlot 20. Le dispositif qui vient d'être décrit permet la transformation du mouvement alternatif vertical du flotteur 17,illustré par la flèche 32, en un mouvement de rotation continu et de sens invariable de l'arbre de la génératrice 31. Le fonctionnement est expliqué à la figure 5 où sont uniquement représentés la crémaillère 21 et les pignons 24 et 26. Lorsque le flotteur 17 suit le mouvement ascendant d'une vague, la crémaillère 21 s'élève suivant la flèche 33 et sa denture 22 entraîne le pignon 24 en rotation dans le sens de la flèche 34,ce qui permet l'entraînement du pignon récepteur 30 dans un sens déterminé. Un dispositif à cliquet ou à embrayage permet alors au pignon 26 de ne pas entraîner son arbre 27.Lorsque le flotteur 17 suit le mouvement descendant d'une vague, la crémaillère 21 s'abaisse suivant la flèche 35 et sa denture 23 entraîne le pignon 26 en rotation dans le sens de la flèche 36, qui est le même que celui de la flèche 34, si bien que le pignon récepteur30 se trouve toujours entraîné dans le même sens. Un dispositif à cliquet ou à embrayage permet alors au pignon 24 de ne pas entraîner son arbre 25. La forme d'exécution des figures 6 et 7 utilise, entre les flotteurs et la machine génératrice de courant électrique, des moyens de transmission de l'énergie à la fois mécaniques et hydrauliques. Un flotteur 37 est monté à une extrémité d'un levier 38 disposé en surplomb au-dessus de la mer 39 et articulé, en un point intermédiaire, autour d'un axe 40 situé sur un socle naturel ou artificiel 41, tel qu'un rocher,un îlot ou une jetée. L'extrémité du levier 38 située au-dessus du socle 41 est articulée à une bielle 42 reliée à un piston 43 déplaçable verticalement à l'intérieur d'un cylindre 44 creusé dans le socle 41. Une première canalisation 45, munie d'un clapet 46, relie la mer 39 au fond du cylindre 44. Une seconde canalisation 47, munie d'un clapet 48, relie le fond du cylindre 44 à une turbine hydraulique 49 montée sur 1'arbre 50 d'une machine génératrice de courant électrique-51.Les canalisations 45 et 47, ainsi que les logements de la turbine 49 et de la génératrice Sl,sont creusés à l'intérieur du socle 41. Dans la réalisation particulière de la figure 7, quatre flotteurs identiques 37 sont répartis le long du bord 52 du socle 41. A chaque flotteur correspond un levier 38, un piston 43, un cylindre 44, tels que ceux décrits précédemment. Les qua- tre cylindres 44 sont reliés à la mer li par autant de canalisations séparées 45. Par contre les canalisations 47 en provenance des quatre cylindres 44 convergent en direction d'une turbine commune 49 qui entraîne une génératrice de courant 51 unique Sous l'influence du mouvement des vagues, le flotteur 37 décrit un mouvement alternatif, illustré par la flèche 22, au cours duquel le piston 43 crèe alternativement une aspiration et une compression dans le cylindre 44.Par le åeu des clapets 46 et 48, l'eau de mer est aspirée dans la canalisation 45 suivant la flèche 54, puis refoulée dans la canalisation 47 suivant la flèche 2, de manière à entraîner la turbine 49. On conçoit aisément que l'installation à flotteurs multiples de la figure 7 peut fonctionner de manière parfaitement continue puisque les mouvements des différents flotteurs ne sont pas simultanés mais, au contraire, sont déphasés. Corme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cette installation productrice d'énergie électrique qui ont été décrites ci-dessus à titre d'exemples non limitatifs; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation. C'est ainsi notamment que l'on ne s'éloigne pas de l'esprit de l'invention en prévoyant des moyens autres que ceux décrits pour transmettre l'énergie depuis le flotteur jusqu'à 11 arbre de la machine génératrice de courant. -REVENnICATIONS 1.- installation destinée à la production d'énergie électrique à partir des variations alternatives du niveau de la mer, caractérisée en ce qu'elle comprend, en combinaison, d'une part au moins un flotteur mobile verticalement entre les niveaux extrêmes de la mer à l'endroit considéré et, d'autre part, des doyens de transmission hydrauliques et/ou mécaniques aptes à capter les mouvements verticaux du flotteur resultant des marées ou des vagues, pour les transmettre à l'arbre d'au moins une machine génératrice de courant électrique. 2.- Installation selon la revendication 1,caractérisée en ce qu'elle comporte un réservoir étanche à parois verticales contenant un piston solidaire d'au moins un flotteur extérieur mobile verticalement entre le niveau des basses eaux et le niveau des hautes eaux, à l'intérieur d'un bassin communiquant avec la haute mer dans une région choisie pour l'amplitude de ses marées, le fond du réservoir précité étant relié, par une canalisation, à au moins une turbine entraînant la machine génératrice de courant électrique. * 3.- installation selon la revendication 2,caractérisée en ce que la turbine est à pales inversables automatiquement de manière a être entraînée aussi bien pendant la phase d'aspiration d'eau dans le réservoir, correspondant à la montée du piston entraîné par son flotteur sous l'action des eaux montantes, que pendant la phase de refoulement de l'eau hors du réservoir, correspondant à la descente du piston entraîné par son poids lors du reflux, l'orientation des pales de la turbine étant inversée entre chacune des phases précédentes. 4.- installation selon la revendication 2,caractérisée en ce qu'il est prévu deux turbines dont l'une est entraînée pendant la phase de montée des eaux et l'autre pendant la phase de descen- te des eaux, chaque canalisation reliant l'une des turbines au fond du réservoir étant équipée d'une vanne permettant de la mettre en service uniquement pendant la phase où la turbine correspondante doit être actionnée. 5.- Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce qu'il est prévu, sur chaque canalisation reliant une turbine au fond du réservoir, des vannes permettant de déphaser les déplacements du piston par rapport aux variations du niveau des eaux. 6.- Installation selon la revendication 1,caractérisée en ce que les moyens aptes à capter les mouvements verticaux du flotteur, résultant des vagues, pour les transmettre å 1'arbre de la machine géneratrice de courant électrique, sont purement mécaniques et comprennent une crémaillère verticale à double denture, solidaire du flotteur coulissant dans des guides verticaux,ladi- te crémaillère s'engrenant avec deux pignons débrayables de manière à transmettre alternativement à deux arbres parallèles des rotations de même sens, elles-mêmes transmises par d'autres pignons à l'arbre de la génératrice de courant, ce qui permet de transformer le mouvement alternatif du flotteur,sollicité verticalement par le déplacement des vagues, en un mouvement rotatif continu de sens invariable. 7.- Installation selon la revendication 6,CaraGtériSeeen ce que les guides verticaux du flotteur sont fixés à une structure en surplomb au-dessus de la mer, reliée à une île ou à une partie avancée, naturelle ou artificielle, servant de socle à la génératrice de courant. 8.- installation selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comprend une pluralite de flotteurs, disposés radialement autour d'une fle ou d'une partie avancée centrale à laquelle se raccordent les différentes structures en surplomb sur la mer 9.- installation selon la revendication I,caract-érisée en ce que les moyens aptes à capter les mouvements verticaux du flotteur, résultant des vagues, pour les transmettre à l'arbre de la machine génératrice de courant électrique,sont à la fois mécaniques et hydrauliques et comprennent un levier recueillant les déplacements alternatifs du flotteur pour les transmettre à un piston déplaçable verticalement à l'intérieur d'un cylindre relié, par une canalisation d'aspiration munie dtun clapet, à la mer et, par une canalisation de refoulement munie d'un clapet, à une turbine entraînant la machine génératrice de courant électrique. 10.- Installation selon la revendication 9,caractérisée en ce que le levier est disposé en surplomb au-dessus de la mer et articulé autour d'un axe situé sur une île ou une partie avancée, naturelle ou artificielle, à l'intérieur de laquelle sont creusés le cylindre et les différentes canalisations, ainsi-que le logement de la turbine et de la génératrice de courant. 11.- Installation selon la revendication 10,caractérisée en ce qu'elle comprend une pluralité de flotteurs, répartis sur le bord d'une île ou d'une partie avancée commune, et autant de cylindres reliés à la mer par des canalisations separéestles canalisations en provenance des différents cylindres convergeant en direction d'une turbine commune entraînant une génératrice de courant unique, de manière à assurer la continuité de fonc tionnement de l'installation