Brevet FR2278941A1 — publié le 19760213

La présente invention concerne la production de courant électrique à partir de l'énergie des courants d'eau, tels que courants marins. I1 est connu que les courants marins représentent des volumes d'eau extrêmement importants se déplaçant à des vitesses non négligeables. C'est ainsi que le Gulf Stream représente un volume de plusieurs millions de mètres cubes d'eau se déplaçant à des vitesses de l'ordre de 5 à 8 km à l'heure. Ces masses d'eau en déplacement régulier représentent des millards de KW dont on peut espérer récupérer une partie. C'est là le but de la présente invention. En conséquence cette invention a pour objet une installation pour la production de courant électrique à partir de lténergie des courants marins qui est caractérisée en ce qu'elle comporte w bâtiment flottant, de préférence à fond plat, pourvu de moyens permettant un ancrage solide et portant les alternateurs, et une pluralité de chapes porteuses d'hélices entraidées par le courant et reliées aux alternateurs. Selon une caractéristique de cette invention, chacune des chasses est avec constituée d'un arbre de couche attelé Fol'arbre de l'alternateur et plongeant sous la surface de liteau, d'une première hélice montée à ltextrémité de arbre de couche par l'intermédiaire d'un arbre auxiliaire et d'un joint cardan, et d'un nombre déterminé d'autres hélices semblables dont les axes respectifs sont attelés à celui de l'hélice qui le précède par un joint cardan, l'ensemble présentant l'aspect d'une chaPne articulé immergée entre deux eaux, l'hélice termi - nant la chaine étant pourvue d'un axe beaucoup plus long en vue de permettre son orientation dans le lit du courant, Selon une autre caractéristique de cette invention, le bâtiment flottant est ancré à l'aide de corps morts dont les cables sont enroulés sur des treuils pourvus de moyens pour répartir uniformément l'effort de traction entre tous les cables. A cet effet le treuil ntest pas fixé directement au bâtiment flottant mais sur une coulisse pouvant se déplacer dans le sens de l'effort; le treuil est en outre attelé au piston d'un vérin hydraulique monté sur une plateforme pouvant pivoter horizontalement en vue de provoquer l'alipement automatique par la traction du cable, l'huile contenue dans le cylindre du vérin subissant l'effort qui se répercute sur la surface d'appui du piston. Selon une variante de cette invention, on peut utiliser à la place d'un bâtiment flottant solidement ancré au fond de la mer, un ilôt naturel ou artificiel. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après qui en référence au dessin annexé en illustre un exemple de réalisation non limitatif. Sur le dessin la figure 1 est une vue schématique d'une installation selon l'invention; la figure 2 illustre à plus grande échelle un élément d'une chaine articulée porteuse d'hélices, et la figure 3 représente schématiquement les moyens sur le bâtiment flottant qui permettent la répartition uniforme de l'effort de traction entre tous les cables d'ancrage. En se référant à la fig. 1 on y voit schématisé en 10 un bâtiment flottant à fond plat constituant l'usine flottante et qui supporte les alternateurs et toutes les installations nécessaires à la transformation de l'énergie récupérée en courant électrique. Ce bâtiment 10 doit avoir une largeur relativement importante et il doit oestre solidement ancré au fond de la mer, compte tenu des efforts importants exercés sur lui par le courant. On a schématisé par les cables 12 et un treuil 14 les moyens d'ancrage qui seront décrits plus loin. Chaque bâtiment flottant 10 comporte une pluralité de channes parallèles destinées à produire le courant. L'une de ces chaines a été représentée schématiquement à la fig. 1 où elle a été désignée par la référence générale 16. Chaque chaine 16 est constituée de la façon suivante - un arbre de couche 18 est relié à l'alternateur et sort sous la surface de l'eau à la profondeur voulue. Dans la variante sus-mentionnée de l'invention, dans laquelle le bâtiment flottant 10 est remplacé par un ilôt naturel ou artificiel, cet arbre de couche 18 pourrait sortir de l'pilot au-dessus du niveau del'eau. - à cet arbre 18 est attelé un arbre auxiliaire ou secondaire 20, par l'intermédiaire d'un joint cardan 24. Cet arbre 20 dépourvu d'hélice, creux et étanche, peut avoir une longueur qui est déterminée par l'emplacement. A l'autre extrémité de cet arbre commence, attelée par un joint cardan 24', la chaine d'éléments porteurs d'hélices 22, 28. Chaque élément décrit ciaprès en référence à la fig. 2 comporte un arbre 30, une hélice 22 et un joint cardan 32 pour sa fixation à l'élément suivant. Bien entendu, chaque hélice est solidaire d'un axe central suffisamment important, creux et étanche, en vue de présenter une sem i-flottabilité. La densité de chaque élément sera ainsi très voisine de celle de l'eau. A cet effet, l'invention prévoit des pales d'hélices creuses et étanches. L'ensemble ainsi réalisé présente l'aspect d'une chaine articulée immergée entre deux eaux. L"hélice 34 qui est située à l'extrémité de la chatrie est pourvue d'un arbre 35 de grande longueur de façon à orienter cette dernière hélice, et donc la cha;he articulée, dans le lit du courant. Par cette disposition et grâce a' la traction de chaque hélice qui s'exerce sur l'arbre de l'hélice qui la précède, on obtient une orientation convenable de la chaine dans le courant. On se réfère maintenant à la fig. 2 qui illustre schématiquement un élément d'une chaîne articulée décrite ci-dessus. On y voit en 22 l'hélice solidaire d'un arbre creux étanche 30. Cet arbre est terminé par un manchon 36 pourvu d'un logement 38. A l'autre extrémité de l'arbre 30 est disposé un joint cardan 24 duquel est solidaire un manchon 40 qui est destiné à s'adapter au manchon (identique au manchon 36) de l'élément de chaîne qui le précède. Ce manchon 40 comporte également un tenon de centrage 42 qui s'adapte dans un logement Identique au logement 38) de l'élément de chame qui le précède. Pour avoir un bon entrainement radial, sans charger les boulons d'as semblage, il convient de pratiquer une rainure rectangulaire en travers dans le manchon 36. Cette rainure recevra un tenon taillé, également rectangulaire et en travers, dans le manchon 40. On comprend aisément de ce qui précède que le bâtiment 10 (ou un ilôt naturel ou artificiel) peut etre pourvu d'une pluralité de chaumes d'hélices telles que 26, entrainant chacune un alternateur. On examinera maintenant la question de l'ancrage de l'usine flottante au fond de la mer. On a indiqué ci-dessus que cet ancrage était assuré par de nombreux câbles arrimés au fond de la mer. La surface d'ancrage devant, par conséquent, être très importante, les cables seront disposés par rangées trans versales au courant, donc de différentes longueurs, suivant la rangée et en éventail. Du coté du fond de la mer, l'extrémité de chaque câble est noyée dans un bloc de ciment présentant une masse importante et qui est garni de crocs sur son pourtour, de telle façon que, pour n'importe quelle position, il y ait toujours plusieurs crocs qui, sous le poids des blocs et la tirée du cable, s'en foncent dans le sol du fond de la mer. Cet ancrage par corps morts peut etre amélioré en déversant plusieurs bateaux de déblais lourds auxquels on pourra même ajouter du ciment. Ainsi qu'on l'a indiqué dans le préambule de cette description, les moyens d'ancrage comportent un dispositif original permettant d'assurer une répartition uniforme de l'effort de traction entre tous les câbles d'ancrage. Ce dispositif sera maintenant dec rit en référence à la figure 3. Chaque câble 12 s'enroule sur un treuil démultiplié 14. Ce treuil est mû par un moteur électrique 44 entrainant une vis sans fin 46 en prise avec une couronne dentée 48 solidaire du tambour du treuil. Le but du dispositif de l'invention, pour réaliser la même résistance dynamométrique à la traction sur chaque câble 12, est de faire fonctionner le tambour du treuil 14, dans un sens ou dans l'autre, selon les besoins: Si le câble 12 s' avère trop chargé, il convient de provoquer un déroulement de ce même câble,. et dans l'hypothèse inverse (câble 12 moins chargé que ses voisins), il faut provoquer un enroulement de ce câble. Pour réaliser cet objectif, le treuil 14 est monté sur le bâtiment 10 par l'intermédiaire d'une coulisse 50 pouvant se déplacer sur une partie fixe 52, le sens du mouvement étant celui de l'effort de traction. Le treuil 14 est attelé par un étrier 54 et une tige 55 au piston 56 d'un vérin hydraulique 57. Ce vérin 57 est monté sur une coulisse 58 se déplaçant, ainsi qu'on le verra ci-après, sur un élément 59 monté sur une plaque 60 solidaire de la coulisse 50. Le corps du piston 57 est relié à la tige 62 du piston 63 d'un second vérin hydraulique 64. Les alésages des cylindres des vérins hydrauliques 64 et 57 sont identiques. Comme on le conçoit, le point d'appui sur l'usine flottante 10 de la traction du câble 12 agit sur l'huile contenue dans le cylindre du vérin 64 par 1 a traction de la tige 62. Le cylindre du vérin 64 est fixe et la tige 62 est reliée à l'étrier 54 du treuil par l'intermédiaire du premier vérin 57. Le treuil 14 étant monté sur la coulisse 50, peut se déplacer sur l'élément fixe 52, si le besoin s'en fait sentir. 1l existe par ailleurs une intercommunication 89 pour l'huile de tous les cylindres 64 attelés respectivement à chacun des câbles 12, si bien que tous les pistons 63 sont appuyés sur une égale résistance. L'interposition des vérins tels que 57, entre les vérins 64 et le treuil 14, permet d'éviter que certains câbles 12 soient trop, ou pas assez, tendus. Dans le cylindre du vérin 57, sous l'effet de la traction du piston 56, existe un circuit hydraulique qui est tout-à-fait indépendant du circuit général de tous les cylindres 64. Bien entendu, étant donné que les alésages des cylindres des vérins 64 et 57 sont de valeurs égales, il convient, pour réaliser une égalisation de traction de chaque câble 12, que la pression exercée dans chaque cylindre 57 soit égale à la pression générale dans chaque cylindre 64. Il en résulte qu'une traction trop faible ou trop forte sur un câble 12 va provoquer dans le cylindre du vérin 57 une différence de pression avec la pression générale de tous les cylindres des vérins 64. C'est cette différence de pression que l'on utilise selon l'invention pour rétablir la situation, la mise en marche du moteur 44 pour entraSner le tambour du treuil dans le sens voulu afin de tendre ou détendre le câble 12 correspondant. Les mêmes moyens serviront à stopper le moteur 44 dès qu'apparaitra, dans le cylindre du vérin 57 une pression égale à celle régnant dans les cylindres 64. On va décrire maintenant ces moyens. Chaque cylindre des vérins 57 et 64 comporte une dérivation, respectivement 61 et 66, débouchant respectivement sur deux ensembles identiques composés de - un cylindre 65 respectivement 67, - un piston 68, respectivement 69, se déplaçant dans les cylindres 65 et 67 et pourvu de tiges 70 et 71 respectivement. Chaque tige de piston 70, 71, exerce une poussée hydraulique sur les becs 72, 73 d'un levier 74 par l'intermédiaire de plates 75-76 solidaires de coulisses de guidage 77, 78. Par cette disposition, s'il existe des différences de pression dans les cylindres 57 et 64, elles sont transmises aux cylindres 65 et 67 et il en résulte un basculement du levier 74, autour de l'axe 79, dans un sens ou dans l'autre. De chaque côté d'une branche 80 du levier 74 on a prévu des contacteurs 81 et 82 placés en regard de plots 83 et 84 fixés à la branche 80. A l'extrémité de cette branche 80 on prévoit un plot 88 placé en regard d'un contacteur 87. Quand le levier 74 bascule, sa branche 80 pivote autour de l'axe 79 et vient s'approcher de l'un, ou de l'autre, des contacteurs 81 et 82.Au bout d'une certaine course, il se produit un contact entre un contacteur et le plot correspondant, ce qui actionne le moteur 44 entravant l'enroulement w le déroulement du câble 12. Par exemple, si un câble 12 présente une traction inférieure aux autres câbles d'ancrage,- il en résulte que la pression dans le vérin 57 est plus faible que dans l'ensemble des vérins 64 ; il en va de même dans le cylindre 65 par rapport au cylindre 67. La branche du levier 74 portant le bec 72 aura un mouvement dans un sens opposé à la flèche F1. Ce mouvement sera provoqué par la pression hydraulique dans le cylindre 67, qui s'exerce selon le sens de la flèche F2. A l'issue de ce mouvement, la branche 80 s'incline vers la droite et le plot 84 vient au contact du contacteur 82. Le moteur 44 est actionné et le tambour du treuil 14 tourne dans le sens de la flèche F Au cours de la tension du câble 12, tous les pistons 68, 69, 56 et 63 reprennent leur position d'équilibre qui en ramenant le plot 88 en regard du contacteur 87, coupe le courant du moteur 44. Bien entendu en cas de surtension du cable 12, il se produit l'effet inverse de ce qui vient d'être décrit. On remarquera que le mouvement longitudinal du vérin 57 entraine la tige du piston 68 et un glissement du point de contact de la tige 70 sur la plaque 75, ce qui n'a aucune influence sur la tension du cable. Enfin les pointes d'ampérage en pleine charge et en heures creuses se répercutant sur la traction des cables 12,n'ont aucune influence sur le dispositif étant donne que la différence de pression hydraulique se manifeste d'une manière égale dans les cylindres 67 et 68. Tout le système assurant le réglage du cable 12 est supporté par une plateforme 90 pivotant autour d'un tourillon 91 par rapport à une partie fixe 92. Le tourillonnement de cette plateforme est libre et a pour but d'orienter automatiquement le système, notamment le treuil 14. sous l'effet de la traction du câble 12. Le dispositif qui vient d'etredécrit peut naturellement être monté sur un flot naturel ou artificiel, remplaçant le bâtiment flottant 10. Dans ce cas, les arbres d'hélices ne seraient pas immergés à la sortie de l'usine. L'usine flottante peut être constituée par une plateforme assez large, reposant sur deux embarcations assez distantes l'une de l'autre. Ce procédé permettrait 1 - une grande stabilité à toute l'usine; 2 - le courant, passant entre les deux embarcations, ne serait pas brisé en aval pour l'utilisation par les hélices; 3 - une plus grande largeur serait offerte pour l'installation d'un plus grand nombre de câbles d'arrimage. L'invention peut etre mise en oeuvre sur les cours d'eau, chaque point d'implantation pour une usine demandant une étude particulière suivant le volume d'eau en mouvement et sa vitesse de déplacement. Les éléments qui viennent d'être énumérés détermineront le diamètre des hélices, le nombre de chaines hélices et leur longueur. Sur les cours d'èau, l'inve Ltion, par son principe, permet l'implantation d'usines qui ne pourrait se faire avec les moyens habituels, c'est-à-dire les barrages, pour obtenir une différence de niveau. Les différents obstacles qui peuvent être surmontés par l'invention sont: - l'utilisation d'un fort débit d'eau à vitesse relativement lente; - l'utilisation d'un cours d'eau où il n'est pas permis d'établir un barrage, soit par : le voisinage de fortes agglomérations qui seraient noyées. Le manque d'encaissement du cours d'eau qui provoquerait une retenue d'eau trop étendue. Pour des question géologiques: terrain perdant i 'eau. Comme pour les usines montées sur ilots dans la mer, les usines sur cours d'eau auraient leurs arbres, sortant de l'usine, non immergés. Les usines montées sur cours d'eau demanderaient, dans certains cas, des aménagements au cours d'eau, en premier lieu l'i mplantation du bâtiment qui, suivant le cas des lieux peut: - etre bâti en plein cours d'eau, après élargissement du cours d'eau pour laisser passer l'eau; - être bati sur une berge en pleine courbe; à cet effet on pourrait même créer cette courbe en modifiant le cours; - être bâti sur un pont; - être constitué par un bâtiment flottant, arrimé solidement sur les berges. Enfin les cours d'eau impétueux seraient débarrassés des petits ilôts, rochers et les berges redressées, ceci pour plus de facilité aux chaines d'hélices. Dans certains cas, un léger barrage en aval des chaines d'hélices permettrait, tout en conservant bien entendu le meme débit d'eau, l'utilisation pour les hélices d'un volume plus important. Il y aurait compensation dans le rendement, vitesse moins grande de l'eau, mais volume plus fort en déplacement. I1 demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée à l'exem- ple de réalisation décrit et représenté, mais qu'elle en englobe toutes les variante s. REVENDICATIONS 1) Installation au fil de l'eau pour la production de courant électrique à partir de l'énergie des courants d'eau, tels que courants marins, courants des cours d'eau, caractérisée en ce qu'elle comporte un bâtiment flottant, de préférence à fond plat, pourvu de moyens permettant un ancrage solide et portant les alternateurs, et une pluralité de channes porteuses d'hélices entraînées par le courant et reliées aux alternateurs. 2) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que chacune des channes est constituée d'un arbre de couche attelé avec l'arbre de l'alternateur et plongeant sous la surface de l'eau, d'une première hélice montée à l'extrémité de l'arbre de couche par l'intermédiaire d'un arbre auxiliaire et d'un joint cardan, et d'un nombre déterminé d'autres hélices semblables dont les axes respectifs sont attelés à celui de l'hélice qui le précède par un joint cardan, l'ensemble présentant l'aspect d'une chaine articulée immergée entre deux eaux, l'hélice terminant la channe étant pourvue d'un axe beaucoup plus long en vue de permettre son orientation dans le lit dru courant. 3) Installation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le bâtiment flottant est ancré à l'aide de corps morts dont les câbles sont enroulés' sur des treuils pourvus de moyens assurant une répartition uniforme de l'effort de traction entre tous les câbles. 4) Installation selon la revendication 3 caractérisée en ce que le treuil (14) est monté sur le bâtiment flottant par l'intermédiaire d'une coulisse (50) pouvant se déplacer dans le sens de l'effort et il est attelé au piston d'un vérin hydraulique (64) monté sur une plateforme (90) pouvant pivoter horizontalement en vue de provoquer l'alignement automatique par la traction du câble, l'huile contenue dans le vérin subissant l'effort qui se répercute sur la surface d'appui du piston. 5) Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que la tige du piston (63) dudit vérin (64) est rendue solidaire du corps d'un second vérin (57) ayant le même alésage que le vérin (64), le piston (56) de ce second vérin est relié au treuil par une tige (55) et un étrier (54); le vérin (57) est monté sur une coulisse (58) dont l'élément fixe est solidaire de la coulisse (50), cette installation étant en outre caractérisée en ce que des moyens sont prévus pour actionner le moteur du treuil, dans un sens ou dans l'autre, en réponse à une différence de pression entre les vérins (57) et (64). 6) Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens actionnant le moteur du treuil consistent en un levier oscillant (74) dont les branches respectivement (72-73) appuient sur des tiges de piston de cylindres hydrauliques -(65-67) en communication avec les vérins (57-64) respectivement; toute différence de pression entre les cylindres de ces vérins entrainant un basculement de ce levier (74) et l'actionnement de contacts qui provoquent dans le sens voulu la mise en marche du moteur du treuil pour dérouler ou enrouler le câble correspondant jusqu'à ce que la différence de pression soit annulée. 7) Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'on utilise à la place d'un bâtiment flottant un flot naturel ou artificiel.