Brevet FR2289761A1 — publié le 19760528

L'invention concerne un moulin destiné à être mt par un courant de liquide. Elle permet en particulier d'utiliser, par exemple pour produire de l'énergie, les courants variables en force, en sens ou en direction qui prennent naissance au sein d'une nappe d'eau, notamment de la mer sous l'effet de la houle en surface, de la marée ou pour toute autre cause. Si l'on plonge dans une masse d'eau soumise à une houle périodique une plaque percée de trous tronconiques d'angle au sommet suffisant, par exemple supérieur à 250, les courants produits par la houle appliquent en moyenne à la plaque une force orientée de la petite vers la grande base des trous tronconiques. Cela résulte vraisemblablement de ce que 11 eau qui traverse la plaque dans ce sens décolle des parois des trous en produisant des tourbillons générateurs de pertes de charge, et ne peut donc pas s'écouler aussi facilement que l'eau qui- traverse la plaque en sens opposé. La force moyenne appliquée à la plaque semble donc due à la dissymétrie des pertes de charge selon le sens de la traversée. L'inventeur a eu l'idée d'utiliser cette dissymétrie de partasde charge pour actionner un moulin. C'est ce qui fait l'objet de la présente invention. Conformément à la présente invention, on réalise un moulin qui tournera dans un sens déterminé sous l'action de courants de direction ou de sens variable, en fixant autour d'un arbre monté à rotation plusieurs ailes comprenant chacune une plaque ou analogue traversée par une pluralité de conduits répartis disposés pour produire une perte de charge plus grande dans un courant d'eau s'écoulant d'une des faces de la plaque vers son autre face, que dans un courant d'eau s 'écoulant en sens opposé, ladite autre face de chacune des ailes étant tournée vers l'avant du sens de rotation. La dissymétrie des pertes de charge peut être obtenue par tout moyen convenable, par exemple en donnant aux conduits une forme tronconique comme on l'a indiqué plus haut, ou une autre forme évasée ou divergente pouvant être continue ou discontinue, avec un gradient de section assez grand pour que les filets liquides décollent des parois des conduits en produisant des tourbillons générateurs de pertes de charge. On pourra utiliser, par exemple, une des formes décrites dans le brevet fran çais nO 72.16 864 du 10 Mai 1972.Comme on l'a indiqué dans ce brevet, les conduits peuvent présenter une entrée convergente augmentant la vitesse, et par conséquent la perte de charge dans leur portion divergente, mais cette entrée convergente doit avoir un gradient de section suffisamment faible pour ne pas créer de décollement et de tourbillon dans les écoulements en sens opposé. Dans un mode de réalisation, le moulin comprend quatre ailes constituées par quatre plaques percées d1une multiplicité de trous tronconiques et parallèles deux à deux à deux plans rectangulaires passant par l'axe de l'arbre. Plongé dans une mer houleuse, ce moulin tournera dans le sens des petites bases vers les grandes bases des trous tronconiques. I1 tournera aussi dans ce sens stil est soumis à d1autres courants, par exemple à des courants de marée. L'énergie récupérée sur la houle sera relativement faible, mais le dispositif est très simple et peu dispendieux. De plus, contrairement aux dispositifs proposés jusqu'ici pour capter 11 énergie des vagues, le moulin selon l'invention peut ne pas autre soumis aux effets destructeurs du déferlement. À cet effet, il sera avantageusement installé à une profondeur telle qutil soit complètement immergé à marée basse. On pourra donc obtenir une puissance notable en utilisant plusieurs moulins. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, permettra de bien comprendre les avantages de l'invention et l'art de la réaliser, toute particularité qui ressort tant des figures que du texte, rentrant, bien entendu, dans le cadre de ladite invention. La figure 1 représente un moulin selon l'invention installé sur le fond de la mer, vu en coupe selon la ligne I-I de la figure 2 la figure 2 est une vue en élévation latérale avec coupe et arrachement partiels, prise de la droite de la figure 1 la figure 3 est une vue en élévation d'un moulin à axe vertical installé sur le fond de la mer la figure 4 est une vue partielle en coupe analogue à la figure 1, montrant un autre mode de réalisation la figure 5 est une vue en perspective schématique des ailes d'un moulin selon un autre mode de réalisation la figure 6 est une vue partielle d'une forme de réalisation d'une aile de moulin selon l'invention, prise de la droite de la figure 7 la figure 7 est une vue en coupe selon la ligne VII-VII de la figure 6 les figures 8 et 10 sont des vues analogues à la figure 6, prises de la droite des figures 9 et 11 respectivement, montrant d'autres formes de réalisation les figures 9 et 11 sont des vues en coupe selon les lignes IX-IX et Xl-Xl, respectivement, des figures 8 et 10 la figure 12 est une vue analogue à la figure 10, montrant une autre forme de réalisation les figures 13 et 14 sont des vues en coupe selon les lignes MII-XIII et 11V-UV, respectivement, de la figure 12 la figure 15 est une vue analogue à la figure 10, montrant une autre forme de réalisation la figure 16 est une vue en coupe selon la ligne XVl-XV1 de la figure 15. On voit sur les figures 1 et 2 quatre plaques 1, 2, 3, 4 fixées à un arbre 5 monté à rotation dans deux paliers 6, 7, les plaques 1 et 3 d'une part, 2 et 4 d'autre part étant parallèles à deux plans rectangulaires passant par l'axe X-X' de l'arbre 5, de manière à former les quatre ailes d'un moulin destiné à tourner dans le sens de la flèche F. Chacune des plaques comporte une face 8, qui sera appelée la face avant dans ce qui suit parce qu'elle est tournée vers l'avant du sens de rotation du moulin ; l'autre face 9 sera appelée la face arrière. Chacune des plaques est percée d'une multiplicité de trous tronconiques 10 ayant un angle au sommet de l'ordre de 350 et débouchant par leur grande base dans la face avant 8 et par leur petite base dans la face arrière 9. lies paliers 6, 7 de l'arbre 5 sont supportés par des rassis 11, 12 reposant sur une embase commune 13 qui est posée sur le fond ;4 de la mer, à proximité d'une côte mais à une profondeur suffisante pour que le moulin soit complètement immergé quelle que soit la marée, afin d'être soustrait à Ilef- fet destructeur de la houle. Toutefois, le moulin sera, de préférence, installé aussi près de la surface que possible, et les ailes pourront même émerger légèrement dans leur course, lors du passage des creux des vagues. L'arbre 5 est disposé horizontalement et sensiblement perpendiculaire à la direction 15 de propagation de la houle. La houle donne naissance à des courants de direction générale sensiblement parallèle à la direction de propagation 15 et orientés alternativement dans un sens et dans l'autre. Un courant orienté dans le sens de la propagation de la houle, représenté en trait interrompu en 16, traverse la ou les ailes situées au-dessus de l'arbre 5 (1 'aile 1 dans la position représentée) en passant dans les trous 10, qui sont évasés de l'amont vers l'aval avec un fort gradient de section ; l'eau décolle donc des parois de ces trous 10 en produisant des tourbillons générateurs de pertes de charge, de sorte que le courant 16 applique à cette aile ou à ces ailes une force relativement grande 17 orientée de la face arrière 9 vers la face avant 8.Par contre, la ou les ailes situées au-dessous de l'arbre 5 (l'aile 3 dans la position représentée) ne sont soumises qu'à une force relativement petite 18 orientée de la face avant8 vers la face arrière 9, puisque les trous 10 de cette aile ou de ces ailes, qui convergent de l'amont vers l'aval du courant 16, ntimposent à lTécoulement de ce courant qu'une perte de charge réduite. La force 17 étant plus grande que la force 18. Le moulin va se mettre à tourner dans le sens de la flèche F. Lorsque le courant s'inverse, le moulin continue à 8tre entraîné en rotation dans le même sans. En effet, un courant orienté en sens inverse de la propagation de la houle, représenté en trait mixte en 19, applique à l'aile ou aux ailes situées au-dessous de l'arbre 5 une force relativement grande 20 orientée de la face arrière 9 vers la face avant 8 (puisque les trous 10 sont alors divergents de l'amont vers l'aval), et à l'aile ou aux ailes situées au-dessus de cet arbre 5 une force relativement petite 21 orientée de la face avant 8 vers la face arrière (puisque les trous 10 sont alors convergents de l'amont vers l'aval). Les courants horizontaux tels que 16 et 19 sont la conséquence de mouvements orbitaux des molécules d'eau, mouvements orbitaux qui accompagnent la houle et font partie ingégrante du phénomène. Ces mouvements produisent aussi des gradients de vitesse verticale. De même que les courants hori zontaux 16 et 19 agissent sur les ailes se trouvant au-dessus et au-dessous de l'arbre 5 pour faire tourner le moulin dans le sens de la flèche F, les mouvements alternativement descendants et ascendants des molécules d'eau agissent sur les ailes qui se trouvent en avant et èn arrière de l'arbre 5, dans le sens de propagation 15 (les ailes 2 et 4 dans la position représentée) pour actionner le moulin dans le même sens de la flèche F.En effet, pour la raison déjà exposée, l'aile 2, qui se trouve en avant (dans la position représentée) oppose une plus grande résistance aux mouvements descendants de 11 eau qu' aux mouvements ascendants et est donc soumise statistiquement (c'est-à-dire en moyenne) à une force dirigée vers le bas, tandis que l'aile 4 oppose une plus grande résistance aux mouvements ascendants qutaux mouvements descendants et est donc soumise statistiquement à une force dirigée vers le haut.De plus, du fait que la ou les ailes qui se trouvent au-dessus de l'arbre 5 (l'aile 1 dans la position représentée) ont leur face arrière 9 dirigée face à la houle, l'eau en mouvement traverse les trous 10 de toutes les ailes 1, 2, 3, 4 de leur petite base vers leur grande base lorsque les mouvements orbitaux passent aux environs de l'arbre 5, en provoquant des décollements générateurs de pertes de charge etdonc en appliquant au moulin un couple de rotation plus grand que si les trous 10 étaient convergents dans le sens d'écoulement de l'eau (c'està-dire plus grand que si les ailes se trouvant au-dessus de arbre 5 avaient leur face avant 8 dirigée face à la houle). La houle applique ainsi au moulin, de façon pratique- ment ininterrompue, une énergie de rotation qui est utilisée pour actionner une génératrice électrique figurée schématiquement en 22, cette génératrice alimentant par exemple une batterie d'accumulateurs montée en tampon (non représentée). L'énergie ainsi récupérée sur la houle par le moulin est peu importante, mais néanmoins suffisante pour alimenter une installation de protection anodique contre la corrosion d'un dispositif immergé dans la mer, ou pour éclairer une bouée. Dans un autre mode de réalisation la génératrice 22 est remplacée par un alternateur (non représenté) produisant un courant alternatif dont la fréquence, proportionnelle à la vitesse de rotation du moulin, fournira un élément de mesure des caractéristiques de la houle. La marée donne également naissance à des courants dont le sens s inverse périodiquement. Le moulin de la figure 1 pourra donc, en variante, être installé face aux courants de marée au lieu d'erre installé face à la houle et permettra alors de récupérer une énergie notable, car les courants de marée sont bien plus intenses que les courants produits par la houle.Cependant, les courants de marée s'interrompent, en pratique, complètement pendant les périodes des étales de pleine mer et de basse mer, de sorte que la rotation du moulin sera discontinue. I1 est aussi possible d'installer le moulin à un emplacement où les courants de marée ont sensiblement les mer mes directions que les courants de houle, de sorte qu'ils coopèreront pour appliquer au moulin une énergie de rotation ininterrompue, relativement faible aux étales de pleine mer et de basse mer et relativement importante à mi-marée. Si l'on désire installer un moulin à un emplacement où les courants de marée ont une direction très différente de celle des courants de houle, ou bien dans une région du fond de la mer qui est le siège de courants variables en direction pour quelque raison que ce soit, on utilisera de préférence un moulin à axe vertical;, tel que celui qui est représenté sur la figure 3. Les éléments jouant le même rôle que sur les figures 1 et 2 sont désignés par les mêmes chiffres de référence, augmentés de 100 unités. Quelle que soit la direction du courant, il appliquera une force plus-grande aux ailes qui lui présentent leur face arrière 109 (c'est-à-dire la petite base des trous tronconiques 110) qu'aux ailes qui lui présentent leur face avant, de sorte que le moulin sera entraîné en rotation dans le sens de la flèche F. Sur les figures 1 à 3, les quatre ailes sont parallèles deux à deux à deux plans rectangulaires, de sorte que deux des ailes du moulin (les ailes 2 et 4 dans la position représentée sur la figure 1) se trouvent simultanément dans le lit du courant, c'est-à-dire parallèles à sa direction. On peut l'éviter en formant le moulin de plus de quatre ailes. On voit ainsi, sur la figure 4, un moulin comportant cinq ailes 23, 24, 25, 26 et 27 régulièrement espacées angulairement autour d'un arbre 28. Le moulin est destiné à tourner dans le sens de la flèche F et chacune des cinq ailes est percée d'une multiplicité de trous tronconiques 10 débouchant par leur petite base dans la face arrière 9 et par leur grande base dans la face avant 8. Ce moulin fonctionne exactement comme ceux des figures précédentes. Pour éviter les problèmes de "point mort" ou de mise en phase du moulin par rapport à l'oscillation des courants moteurs tels que 16 et 19, le moulin pourra comprendre plusieurs sections décalées angulairement. Une telle disposition est représentée schématiquement sur la figure 5, où l'on voit un moulin comprenant trois sections 29, 30 31 montées l'une à la suite de l'autre sur un arbre commun 5 d'axe X-X'. La section 29 comporte quatre ailes la, 2a, 3a, 4a identiques aux ailes 1, 2, 3, 4 des figures 1 et 2, c'est-à-dire que chacune de ces ailes la, 2a, 3a, 4a est percée d'une multiplicité de trous tronconiques 10 débouchant par leur petite base dans la face arrière 9 et par leur grande base dans la face avant 8.La section 30 comporte quatre ailes lb, 2b, 3b, 4b identiques aux précédentes, mais décalées sur celles-ci dans le sens de la flèche F d'un anglet égal à 100 environ. De même, la section 31 comporte quatre ailes lc, 2c, 3c, 4c identiques aux ailes lb, 2b, 3b, 4b mais décalées sur celles-ci dans le sens de la flèche F d'un nouvel anglet égal à environ 100. Ce moulin fonctionne exactement comme celui des figures précédentes, mais ne présente Jamais sur toute sa longueur une aile dans le lit du courant. Des flasques ou joues sont avantageusement placés aux extrémités du moulin, ou de chaque section de celui-ci, afin de canaliser les courants moteurs vers les ailes. On a représenté à titre d'exemple sur la figure 5 de tels flasques ou Joues sous la forme de disques circulaires 32, 33, 34, 35 solidaires de l'arbre 5. I1 va de soi que les modes de réalisation décrits ne sont que des exemples et qu'on pourrait les modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. En particulier, les trous tronconiques 10 peuvent etre remplacés par tous autres conduits produisant une perte de charge plus grande dans un courant d'eau s'écoulant de la face arrière vers la face avant que dans un courant d'eau s 'écoulant de la face avant, vers la face arrière, et notamment par toutes autres ouvertures évasées ou de section croissante en direction de la face avant avec un gradient de section assez grand pour que les filets liquides d'un écoulement d'eau dans cette direction décollent des parois des ouvertures en produisant des tourbillons générateurs de perte de charge. lies figures 6 à 16 montrent quelques exemples de telles ouvertures. Sur les figures 6 et 7, une aile de moulin est for mée par une plaque 36, percée d'une multiplicité d'orifices 10a à profil de révolution convexe divergeant de la face arrière 9a à la face avant 8a, les portions pleines 37 qui séparent les orifices formant des lèvres arrondies 3a. Sur les figures 8 et 9, la plaque 36b est percée d'une multiplicité d'orifices lOb comprenant une première portion tronconique 38 ayant un angle au sommet de 150 environ, qui converge de la face arrière 9b à un col 39, et une seconde portion tronconique 40, ayant un angle au sommet de 480 environ, qui diverge de ce col 39 à la face avant 8b. Un courant qui s'écoule de la face arrière 9b à la face avant 8b est accéléré dans les portions eonvergentes 38, ce qui a pour effet d'augmenter les pertes de.charge dans les portions divergentes à grand angle au sommet 40. Au contraire, un courant qui s'écoule de la face avant 8b à la face arrière 9b et qui est accéléré dans les portions convergentes 40, est simplement ralenti dans les portions divergentes à petit angle au sommet 38, sans décoller des parois ni produire de tourbillon. L'aile de moulin représentée sur les figures 10 et li est formée par un réseau d'une pluralité de barreaux trapé zoidaux parallèles 41 dont les extrémités sont fixées respectivement à deux profilés tels que 42. Ces barreaux 41 définissent entre eux une pluralité de passages allongés à profil trapézoidal 1Oc qui débouchent par leur petite base dans la face arrière 9c de l'aile et par leur grande base dans sa face avant 8c. Les parois de ces ouvertures font entre elles un un angle de l'ordre de 350, de sorte que les filets liquides d'un courant d'eau s 'écoulant de la face arrière vers la face avant décollent des parois en produisant des tourbillons, comme dans les modes de réalisation des figures précédentes.Sur les figures 12 à 14, le réseau de barreaux 4ld est identique au réseau de barreaux 41 des figures 10 et 12, et on a accolé à sa face arrière 9d la face avant 8'd d'un autre réseau identique dont les barreaux~41Wd sont croisés avec les barreaux 4ldo On réalise ainsi une aile ayant la forme d'une sorte de grille, dont les ouvertures 43 sont formées par la juxtaposition d'ouvertures lOd et l0'd en disposition croisée.Les courants d'eau tels que 16d s 'écoulant de la face arrière 9'd de lraile à sa face avant 8d dans lés ouvertures 43 subissent ainsi une première perte de charge dans les ouvertures allongées l0'd et une seconde perte de charge dans les ouvertures allongées lOd. En variante, on pourrait aussi former une véritable grille à barreaux trapézoldaux, de sorte que les ouvertures auraient une section droite rectangulaire ou carrée et une section longitudinale en forme de trapèze. Les figures 15 et 16 représentent une aile de moulin comprenant un cadre en profilés 44 contenant une multiplicité d'éléments en forme de chapeaux de clown 45 dont les bases circulaires sont soudées entre elles à leurs points de contact 45a,- de manière à former une face arrière plane 9e. Cette aile est traversée, au niveau de sa facière 9e, d'une multiplicité de très courtes ouvertures 10e qui débouchent dans des régions vides ae 3'aile communiquant entre elles entre les portions pleines constituées par les éléments 45, portions pleines dont la section diminue très rapidement jusgu'à la face avant 8e, de sorte que les courants 16e décollent des parois de ces éléments 45 en formant des tourbillons générateurs de pertes de charge. R E V E N D I C A T I O N S 1. Moulin destiné à tourner dans un sens déterminé, sous l'action de courants liquides de direction ou de sens variable, comprenant plusieurs ailes fixées autour d'un arbre monté à rotation, caractérisé en ce que chaque aile est traversée par une pluralité de conduits répartis disposés pour produire une perte de charge plus grande dans un courant s'écoulant d'une de ses faces vers son autre face que dans un courant s'écoulant en sens opposé, et que ladite autre face de chacune des ailes est tournée vers l'avant de son sens de rotation. 2. Moulin selon la revendication 1, caractérisé en ce que les conduits sont des conduits évasés ou de section croissante en direction de la face avant avec un gradient de section assez grand pour que les filets liquides d'un flux s1 écoulant dans cette direction décollent des parois des conduits en produisant des tourbillons générateurs de pertes de charge. 3. Moulin selon la revendication 2, caractérisé en ce que les conduits présentent, pour un flux liquide s'écoulant de la face arrière vers la face avant, une entrée convergente avec un gradient de secton suffisamment faible pour que les filets liquides d'un flux s'écoulant en sens opposé ne décollent pas des parois des conduits. 4. Moulin selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que les conduits sont des trous à profil tronconique ou convexe de révolution. 5. Moulin selon la revendication 2, caractérisé en ce que les conduits sont des ouvertures comprises entre les éléments d'un réseau de barreaux parallèles ou d'une grille de barreaux croisés. 6. Moulin selon la revendication 2, caractérisé en ce que les conduits sont compris entre des éléments en forme générale de chapeaux de clown accolés par leurs bases. 7. Moulin selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moulin est installé dans la mer à une profondeur telle qu'il soit complètement immergé à marée basse, mais aussi près de la surface que pos va es sible, les ailes pouvant émerger légèrement dans le creux es/ 8. Moulin selon une guelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qie les ailes sont parallèles à des plans passant par l'axe de l'arbre. 9. Moulin selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend plus de quatre ailes. 10. Moulin selon la revendication 8 ou la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs sections décalées angulairement. 11. Moulin selon une quelconque des revendications 8, 9 ou 10, caractérisé en ce que des flasques ou Joues sont placées aux extrémités du moulin ou de chaque section de celuici. 12. Moulin selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre du moulin est horizontal et que les ailes qui se trouvent au-dessus de cet arbre présentent leur face arrière face à la houle.