Brevet FR2309671A1 — publié le 19761126

On sait que le principe de fonctionneoent des usines marémotrices consiste à emmagasiner l'eau de la haute mer dans un bassin, fermé à l'aide de vannes, pour la laisser ensuite agir sur des turbines, soit au miment de la basse mer, soit en la déversant au moment voulu dans un second bassin, dont on a pris soin de fermer les vannes au mazent de la basse mer. L'usine marelotrice de la Rance appartient au type à bassin unique (avec cet avantage que ses turbines sont conçues pour fonctionner aussi bien en marée descendante qu'en marée montante). Par contre, les usines à bassins multiples n'existent encore qu'à l'état de projets (dont les divers projets relatifs au golfe des Iles Anglo-Normandes). D'autre part, il a été proposé de tirer profit des différences de hauteurs d'eau qui peuvent se produire, de par le Jeu des marées, de part et d'autre d'un isthme, constituant un barrage naturel. Pour cela, on propose de creuser un canal au travers de l'isthme et d'installer un barrage de turbines en travers de ce canal : c'est le principe des "usines d'isthre", dont ilnitiste encore aucune réalisation à l'échelle industrielle, mais seulement des projets, dont ceux qui concernent la pres qu'ile du Cotentin,. où il a été proposé de relier par des canaux les cours supérieurs de plusieurs rivières, de manière à permettre l'implantation de plusieurs usines raritotrices, situées à l'intérieur des terres, de façon qu'elles soient soustraites aux périls de la mer. Toutefois, le décalage (ou déphasage) entre les marées de part et d'autre du Cotentin n'est que de l'ordre de trois heures (soit donc le quart de la période d'un angle de marées semi-diurnes, alors que l'idéal eut été la deai-période) ce qui réduit l'énergie potentielle utilisable. Pfl outre, le rendement d'un tel aménagement ne peut qu'être sérieusement affecté par les pertes dues au tourbillonnement de l'eau dans le canal lors de chaque "renverse" du courant de marée. Le but de la présente invention est de remédier à ces deux inconvénients majeurs d'une usine dtisthre et de proposer divers perfectionnements accessoires, qui seront décrits par référence à la figure ci-annexée. Le principe essentiel de cette invention consiste à constituer un système en boucle fermée, comportant au moins deux canaux, ce qui permet de mieux tirer profit de l'énergie cinétique de l'eau contenue dans lesdits canaux et d'éviter l'opposition et la neutralisation des flux au moment des renverses de courant. En vue de cela, on établira et on maintiendra un sens de circulation "giratoire" dans ces canaux, de façon que chaque canal ne soit parcouru que dans un seul sens. Ce résultat est obtenu par l'application de divers moyens, que l'on décrit par référence à la figure annexée. L'un de ces moyens consiste à munir le débouché en mer de chaque canal de digues divergentes, telles que Dn0,D50, Dne, Dse, qui constituent des "dièdres", selon un mode connu dans l'art des travaux maritimes, chaque dièdre étant destiné a capter et à concentrer vers l'entrée du canal 1 'éner- gie des marées et des vagues. L'entrée de chaque canal pourra être fermée au moyen d'une rangée de vannes, comme indiqué sur la figure, ces vannes pouvant d'ailleurs être remplacées par des turbines hydrauliques, par exemple du type connu ss les noms de "groupes-bulles" ou "turbines à flot axial", dont les pales ou les aubages sont orientables : de la sorte, on obtiendra, respectivement, 1 'ouver- ture ou la fermeture du canal vers la mer selon que ces pales seront mises "en drapeau" ou, au contraire, en position d'obturation. D'autres turbines seront implantées en travers du canal en boucle, par exemple dans les tournants, comme indiqué sur la figure par les désignations "turbines S.O." et "Turbines N.E.". On comprend que, de la sorte, l'onde de marée arrivant sur la cote Ouest, par exemple, sera admise dans le canal Sud à travers les vannes et elle se trouvera dirigée uniquement dans ce canal Sud, dans le sens indiqué par la flèche, si les turbines S.O. sont en position de fermeture, ou si elles sont actionnées de manière à fonctionner en pompes et à chasser l'eau du canal Nord vers le canal Sud. Le raisonnement est symétrique en ce qui concerne l'onde de marée arrivant sur la côte Est, de sorte qu'un sens unique giratoire se trouve établi dans la direction des flèches. Ce sens unique giratoire permet, de toute évidence, d'éviter l'oppo- sition des courants au moment de la renverse, puisque l'un arrivant, par exemple, de l'Ouest par le canal Sud peut être dévié dans le canal Nord (sans pertes exagérées) si on ouvre les turbines N.E. tout en fermant les vannes et les turbines S.E. le courant d'eau ainsi renvoyé vers la côte Ouest pourra y trouver une phase de marée plus favorable au turbinage vers-la mer ; sinon, on pourra, de nouveau, renvoyer ce courant vers l'Est par le canal Sud, et ainsi de suite jusqu'a' ce que la marée ait suffisamment baissé sur l'une ou l'autre côte pour que le turbinage soit profitable, plus spécialement compte tanu de la demande d'énergie électrique "de pointe" sur le réseau. En d'autres termes, si l'on recourt å des analogies plus ou moins lointaines, le système décrit constitue un "anneau de STOCKAGE" ou encore, un "hydrodrôme". La mise en oeuvre de l'énergie cinétique de l'eau dans le système décrit sera particulièrement profitable, grgce à ses caractéristiques propres, si on recourt au principe du "coup de bélier", selon le mode décrit ci-après. On sait que ce principe consiste à transforver l'énergie cinétique de l'eau en une surpression s'il s'agit d'une conduite ferlée, ou an une ration du niveau de l'eau s'il s'agit d'un canal à surface libre. Ainsi, si on réduit le débit de l'eau à travers des turbines qui se trouvent à L'extr6- mité d'un canal suffisamment long, le niveau de l'eau montera à cette extrê- mité, ce qui est profitable au rendement des turbines. Toutefois, le réglage débit hauteur d'eau ne peut être que délicat, si bien que les remous et les retours d'eau vers 1 '-ont du canal sont pratiquement inévitables, entrainant des pertes d'énergie. Or, on conçoit que des remous et ces pertes seront fortement réduits dans le système décrit ici, gracie au fait que l'eau n'y est plus renvoyée vers l'amont du canal, c'est-à-dire à contre courants mais déviée dans le canal associé, où elle agira dans le sens du courant : son énergie cinétique résiduelle, non utilisée sur le moment, sera donc ainsi récupérée en vue d'une utilisation ultérieure. On constitue donc ainsi un système de réglage débit hauteur automatique, d'un fonctionnement très souple et dépourvu d'à coups dangereux pour les vannes ou les turbines. En d'autres termes, le système décrit constitue non seulement un "anneau de stockage" d'énergie cinétique, et un "volant d'eau" mais, aussi, un "transformateur éleveur de hauteur d'eau" particulièrement utile quand ol sait que le rendement et la rentabilité d'une turbine hydraulique baisse rapidevent lorsque la hauteur d'eau est faible, comme c'est le cas dans les usines marémotrices. Or, ces avantages ne pouvant pas être lis en oeuvre dans le cas des usines marémotrices à bassins, des types connus. On remarquera, en outre, que le système décrit des bouches de stockage peut être utilisé indépendamment des usines marémotrices, même en l'absence de toute dénivellation, le stockage se faisant alors entièrement sous forme d'énergie cinétique : il s'agit alors d'un fonctionnement en "vol@nt d'eau", le couplage au réseau étant ici électromécamique, ou bien être purement mécanique comme dans le cas des volants des types connus en mécanique. Ces "volants d'eau" joueront un lele semblable à celui des stations hydrauliques de po page qui servent actuellement à stocker de l'énergie sous forme potentielle, en pompant de l'eau vers un bassin surélevé pendant les heures creuses. Mais on pourra, bien entendu les associer/aux fleuves ou aux rivières : ainsi, on pourrait concevoir, si des considérations d'ordre écologique ne s'y opposaient pas, que le Rhône serait devié, à son embouchure, dans un canal en boucle fermée, qu'on creuserait autour de la Carargue, et qui servirait ainsi d'anneau de stockage, malgré l'absence de toute dénivellation notable dans le delta du Rhtne et, par conséquent, l'absence de chute de heuteur d'eau génératrice d'énergie. REVENDICATIONS 10) Systèe de deux ou de plusieurs canaux destiné à alimenter les turbines d'une ou de plusieurs usines marémotrices, établies sur ces canaux aménagés, par exemple, sur un isthme naturel ou artificiel, ce système étant caractérisé par le fait que les autres, de panière à constituer une ou plusieurs boucles fermées. 20) Système selon la revendication ci-dessus, caractérisé par le fait qu'on lui associe des digues divergentes vers la mer, en forme de "dièdre", et qui sont destinées à capter et à concentrer vers l'ouverture des canaux les énergies de l'onde de marée, de la houle et des vagues, ceci selon le mode d'action bien connu de ces dièdres dans l'art des travaux maritimes. ) ) Système selon les revendications ci-dessus caractérisé en ce que les turbines sont implantées non seulement entre la mer et les canaux, mais, aussi, en travers des canaux, de telle sorte que l'association de ces barrages de turbines, ainsi que leur orientation et le sens du turbinage à un moment donné puissent comnuniquer à l'eau des canaux un sens giratoire de circulation, dans un sens ou dans l'autre, de lanière que le courant d'eau arrivant d'un canal vers la mer puisse entre, si besoin est, dévié dans un canal associé, sans avoir à subir l'effet contraire d'une marée montante, et, par conséquent, sans perdre son énergie cinétique. 40) Procédé de fonctionnement des systèmes conformes aux revendications ci-dessus, caractérisé en ce que, par le Jeu délibéré et adéquat de la fermeture ou de l'ouverture des vannes ou des aubages des turbines, on obtienne non seulement la déviation du courant d'eau d'un:canal vers un autre, mais, aussi, l'accroissement de l'énergie cinétique de l'eau, ce résultat étant obtenu en faisant fonctionner les turbines en pompes,lténergie ainsi stockée dans une telle "boucle de stockage" pouvant être récupérée au moyen des turbines à tout autre moment (par exemple aux "heures de pointe" du réseau de distribution). 50) Procédé de fonctionnement des systèmes conforme à l'une quelconque des revendications ci-dessus caractérisé en ce que l'on y recourt au principe connu du "coup de bélier", qui consiste à provoquer une surélévation de la hauteur d'eau à l'extrémité d'un canal par l'effet de la réduction du débit, en particulier du débit à travers des turbines situées à ladite extrémité du canal, cette surélévation de hauteur étant très favorable au rendement des turbines. On obtient donc ainsi un fonctionnement en transformateur éleveur de hauteur d'eau", de principe déjà connu dans le cas du canal unique, mais possèdant ici l'avantage d'obvier aux pertes dues à des retours d'eau à contre courant, puisque, dans le système décrit, l'eau est déviée dans un canal associé, où elle conserve son énergie cinétique, non utilisée sur le moment. 60) Système conforme aux renvendications 1 et 3 prises ensemble ou selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 ci-dessus, sauf qu'il est pris indépendamment de l'énergie marémotrice, et, même, indépendannent de tout apport d'eau dans l'anneau de stockage, dont le rôle consistera ici uniquement à faire fonction d'un "valant d'eau", en lieu et place d'un volant des types classiques connus en mécanique, sauf que le couplage est ici de nature électro-mécanique (réalisé au moyen des turbines).