Brevet FR2352963A1 — publié le 19771223

L'invention concerne une centrale pour l'utilisation de l'énergie des courants marins, en particulier des courants de marée, comportant au moins une machine hydraulique constituée par des channes de palettes portant plusieurs aubes disposées chacune sur deux chaînes sans fin parallèles orientées suivant la direction d'écoulement, les aubes pouvant être rabattues de telle sorte que dans le brin entraîné des chaînes elles sont placées transversalement au courant et que dans le brin de retour elles sont placées dans la direction du courant, des roues de renvoi des chaînes étant montées sur des arbres dans un bâti qui porte aussi au moins une génératrice électrique entraînée par les roues à chaîne. Les courants marins constituent une source d'énergie qui est restée à peu près inutilisée jusqu' ici. Seuls les courants de marée ont été utilisés dans un petit nombre de cas par des centrales fixes. Cependant, la dépense de construction représentée par de telles centrales marémotrices fixes et surtout par les grands barrages qu'elles nécessitent est extrêmement grande. l'énergie du courant des fleuves est utilisée presque exclusivement dans des usines au fil de l'eau qui sont installées dans des retenues. Ici encore, la dépense de construction des barrages nécessaires est relativement grande. Dans la plupart des cas, cependant, ces barrages servent aussi à régulariser les cours d'eau et à améliorer les possibilités de navigation, de sorte que les frais élevés de construction ne sont imputables qu'en partie -à la production d'énergie. --En eutre, il est connu depuis longtemps d'exploiter l'*neigiè des aours dSeau d4s machines. hy#;:raùliques ancrées à l'etat flottant dans le cours d'eau et munies de palettes qui ~sont déplacées par le courant. Un type connu à cet effet est celui des maehine-s-hyd-rauliques à chaînes de palettes présentant les caractéristiques mentionnées plus haut et connues par exemple par les brevets autrichiens N s 125.444 et 100.077. Toutefois, ces machine hydrauliques ne conviennent pas pour utiliser l'énergie des courants marins car elles sont disposées à la surface de liteau où elles sont exposées à la houle et aux tempêtes. L'invention a donc pour but de réaliser une centrale qui permette d'utiliser l'énergie des courants marins, en particulier des courants de marée, sans que se produisent les incon vénients mentionnés des centrales connues. Dans une centrale du type défini plus haut, ce problème est résolu par le fait qu'elle est ancrée au fond de la mer et complètement immergée sous la surface de l'eau. Par suite, la centrale n'est pas influencée par la houle ni les tempêtes et on peut lui donner de très grafrs dimensions avec une construction relativement légère. Dans son exécution sous forme d'usine marémotrice, la centrale est ancrée au fond de la mer de deux côtés; dans l'utilisation comme usine rhéomotrice, il suffit en général de l'ancrer d'un seul cOté. Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse de l'invention, en haut du bâti de la centrale sont disposées l'une derrière l'autre en au moins une série plusieurs surfaces directrices présentant une inclinaison ascendante face au courant, qui dirigent le courant vers le bas et sur les aubes et assurent, en tant qu'accélérateurs d'écoulement, une augmentation décisive de la puissance. Ainsi, d'une part ces surfaces directrices assurent une meilleure utilisation de l'énergie parce que l'écoulement est dirigé vers le bas et sur les palettes. D'autres part, ces surfaces directrices, à la façon de surfaces portantes, assurent dans le courant une poussée ascensionnelle dynamique qui s'exerce de façon continue au sens inverse du poids de la machine hydraulique et en particulier d'une composante de force agissant vers le bas et résultant de la force d'ancrage. De préférence, en bas de la centrale sont disposées l'une derrière l'autre en une série plusieurs surfaces directrices présentant une inclinaison descendante face au courant, et qui dirigent le courant vers le haut et sur les aubes et accélèrent encore celles-ci. Une forme de réalisation qui apparut particulièrement avantageuse est celle dans laquelle les surfaces directrices supérieures sont fixes et ont une plus grandes surface que les surfaces directrices inférieures,. l'angle d'inclinaison des surfaces directrices inférieures étant réglable, celles-ci étant par exemple des plaques métalliques légèrement bombées.La commande du réglage des surfaces directrices inférieures doit s'effectuer automatiquement en fonction de la pression de l'eau, par des relais, de sorte qu'un faisant varier l'angle d'inclinaison des surfaces directrices inférieures on peut maintenir une profondeur d'immersion constante de la centrale. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description d'une forme de réalisation donnée à titre d'exemple et se référant au dessin annexé: La figure 1 montre en plan une partie d'une centrale selon l'invention, comportant deux machines hydrauliques à chaînes de palettes; La figure 2 est une coupe suivant Il-Il de la figure 1; La figure 3 est une coupe partielle agrandie suivant III-III de la figure 1; Les figures 3a et 3b sont des élévations partielles agrandies des extrémités antérieures des guidages des palettes. La figure 4 est une coupe partielle agrandie suivant IV-IV de la figure I; La figure 4a montre la liaison du câble de traction à la chaîne; La figure 5 est une coupe partielle agrandie dans la région du tube longitudinal inférieur de la figure 3; la figure 6 est une coupe partielle agrandie des guidages des palettes du tube longitudinal inférieur; La figure 7 est une élévation latérale partielle de la chaîne; la figure 8 est une élévation latérale agrandie de la partie antérieure du tube longitudinal de la figure 2. la centrale selon l'invention présente un bâti creux essentiellement formé de plusieurs tubes parallèles 1, 2, 3 et 4 à section ovale et des poutres en treillis 5a, 5b et 6, dirigés transversalement aux tubes. Des entretoises 40 relient les tubes supérieurs 1, 2 aux tubes inférieurs 3, 4. Comme l'indiquent les dessins, dans le bâti peuvent etre disposées plusieurs unités de machine hydraulique présentant chacune deux chaînes parallèles sans fin 7, 8 sur lesquelles sont disposées des palettes 9. Pour plus de simplicité, on ne décrit ci-après qu'une seule unité de machine hydraulique. Sur les deux tubes longitudinaux inférieurs 3, 4 sont montés, à l'extrémité antérieure du bâti, les arbres 41 destinés à deux roues antérieures de renvoi de chaîne 10, 11. Près de l'extrémité postérieure du bâti, deux roues de renvoi de chaîne 12, 13 sont montées sur un arbre commun 14 entre les deux tubes longitudinaux inférieurs 3, 4; l'arbre 14 disposé en arrière porte une roue dentée 15 qui engrène avec une roue dentée 16 qui est reliée à une génératrice électrique 17. De cette manière, le mouvement des chaînes 7, 8 est transmis à la génératrice 17 pour engendrer du courant. Les palettes 9 présentent un cadre tubulaire rectangulaire 18 muni d'un entoilage 19 par exemple élastique, à la façon d'une voile (figure 4). Aux angles de chaque palette 9 sont disposées les poulies de renvoi 20, 21 destinées à un câble de traction 22 dont les deux extrémités sont fixées à un point commun 23 (figure 2 et 4) de la chaîne. De chaque côté de l'aube 9, le câble de traction 22 arrive à la poulie de renvoi supérieure 20, puis à travers une partie du cadre tubulaire 18, à la poulie de renvoi inférieure 21, puis à nouveau au point de fixation 23. Sous l'action du courant, dont la direction est indiquée sur les figures 1 et 2 par les flèches S, les palettes 9 du brin supérieur entraîné de la chaîne sont déplacées, dans une position transversale au courant. mes éléments de bâti 1, 2, 3 et 4 présentent des guidages dirigés longitudinalement 24, 25 et 26 dans lesquels sont guidés, sur les tubes longitudinaux inférieurs, des coulisseaux 28 disposés latéralement sur les palettes 9. les guidages supérieurs 24 sont disposés sur les tubes longitudinaux supérieures 1, 2 et guident les angles supérieurs des palettes 9 où sont montés des galets 27 qui se meuvent le long d'une gorge du guidage 24. Les coulisseaux 28 des angles inférieurs des palettes 9 se déplacent dans les guidages 25, disposés sur les tubes longitudinaux inférieurs 3, 4, sous la forme de gorges ouvertes en haut et munies d'un arrêt 44 (figures 5 et 6).Lors du retour, les aubes 9 sont placées parallèlement aux chaînes 7, 8; les éléments 27-et 28 sont guidés conjointement par le guidage 26 disposé sur les tubes longitudinaux inférieurs 3, 4. Comme on le voit en figure 2, à l'extrémité postérieure du bâti, les guidages 24, 25 et 26 se réunissent en un tronçon commun de guidage 29. Etant donné que les palettes 9 sont suspendues aux chaînes de manière à se mouvoir librement, les palettes se mettent à plat dans le tronçon commun de guidage 29, à l'extrémité postérieure du bâti et sont déplacées vers l'avant, à plat c'est-à-dire avec une faiblie résistance du courant, dans le guidage inférieur 26, par la chaîne qui se meut à nouveau vers l'avant. Près de l'extrémité antérieure du bâti formé de tubes à section ovale, de chacun des deux côtés de la trajectoire des palettes 9 sont montées, sur un arbre 37, deux roues preneuses 30, 31 décalées l'une par rapport à l'autre dans la direction longitudinale des chaînes et dans la direction transversale. Les roues preneuses 30, 31 sont entraînées, par l'intermédiaire d'une transmission à chaîne 45,par l'arbre des roues de renvoi antérieures 10, 11 (figure 8). Les deux roues preneuses antérieures 30, disposées à une plus petite distance l'une de l'autre que les roues preneuses postérieures 31, saisissent les parties des palettes 9 qui font saillie latéralement et portent les galets 27, et redressent cette extrémité d'aube qui est déjà soulevée à l'extrémité 42 dirigée vers le haut du guidage de retour. les roues preneuses postérieures 31 saisissent les coulisseaux 28 à l'extrémité postérieure ou inférieure des palettes et amènent les coulisseaux 28 dans le guidage 25 des tubes longitudinaux inférieurs 3, 4.Etant donné que les coulisseaux 28 sont de forme allongée, ils ne peuvent entrer dans le guidage 25 - comme le montre la figure 3b - que lorsque la palette 9 est complètement redressée et qu'en même temps, le galet 27 entre dans le guidage 24 (figure 3a). les palettes 9 sont munies de broches d'engagement 39 (figures 6 et 7) qui s'engagent dans les maillons des chaînes 7, 8 et qui, lors de l'avancement, transmettent aux chaînes 7, 8 la force appliquée aux palettes 9 par le courant. Pour tirer un parti optimal de l'énergie du courant, les palettes 9 se meuvent à une vitesse qui doit représenter environ 50?te de la vitesse du courant. Pour augmenter la puissance de la centrale, à la partie supérieure du bâti sont disposées l'une derrière l'autre en une série, sur les tubes longitudinaux 1 et 2, plusieurs sur face s directrices 32 présentant une inclinaison ascendante face au courant, qui dirigent le courant vers le bas sur les palettes 9 et impriment à la centrale, dans le courant, une poussée as censionnelle dynamique. les surfaces directrices 32 sont formées dtun entoilage de préférence élastique, similaire à une voile, résistant à l'eau de mer, chacun de ces entoilages étant tendu entre une poutre en treillies supérieure 5a et une poutre en treillis inférieure 5b des tubes longitudinaux 1 et 2.Ces sur faces directrices 32 augmentent la vitesse d' écolement de l'eau et dévient le courant sur les palettes 9. En un point d'ancrage 33 de la région antérieure de la centrale sta"rliquent de préférence deux cables ou chaînes d'ancrage 34, 35 qui sont acres au fond de la mer à une assez grande distance de la centrale. fla centrale peut donc se placer librement selon le sens d'écoulement. Dans le sens d'écoulement S indiqué sur la figure 2, le câble d'ancrage 35 est sollicité et la centrale prend la position indiquée. Lors d'un renversement du sens du courant, qui se produit par exemple régulièrement dans le cas des courants de marée, le câble d'ancrage 35 est déchargé et le câble d'ancrage 34 est chargé.La centrale inverse alors sa position de sorte qu'elle reçoit à nouveau le courant par l'avant, en sens opposé à la flèche S. Les tubes longitudinaux supérieurs 1, 2 sont formés complètement, et les tubes longitudinaux inférieurs 3, 4 dans leur moitié supérieure, de flotteurs remplis d'air ou d'un gaz léger dont la poussée ascendsionelle contrarie le poids de la centrale et la traction de l'ancrage de sorte que la centrale peut être disposée de façon flottante entre la surface et e fond de la mer. Dans la partie inférieure des tubes longitudinaux 3, 4 sont prévues des chambres 3a, 3b, 4a, 4b qui peuvent être inondées totalement ou partiellement de manière à assurer la profondeur d'immersion prescrite de la centrale. a force de traction appliquée par le cible d'ancrage 34, 35 momentanément en charge comporte une composante dirigée vers le bas, dont la grandeur dépend de la vitesse du courant. La poussée ascensionnelle dynamique engendrée sur les surfaces directrices 32 dépend également de la vitesse d'écoulement et est dirigée en sens opposé à la composante dirigée vers le bas de la force de traction appliquée au câble d'ancrage. Par suite, on peut obtenir une compensation largement automatique de ces forces. La position exacte de la broche d'ancrage 33 sur la centrale doit seulement être déterminée et fixée après détermination du point de compensation entre la composante opposée de la poussée ascensionnelle et la force de traction agissant vers le bas, de manière à assurer la fixation horizontale de la centrale. En dessous de la centrale sont disposées l'une derrière l'autre en une série plusieurs surfaces directrices 36 présentant une inclinaison descendante face au courant et qui dirigent le courant vers le haut sur les aubes 9. Contrairement aux surfaces directrices supérieures 32, ces surfaces directrices inférieures 36 sont de forme rigide, par exemple ce sont des plaques métalliques légèrement bombées, munies de supports de liaison 43. Elles sont montées chacune en son milieu, de manière à pouvoir tourner, sur l'une des poutres en treillis inférieures 6.Leur angle d'inclinaison peut être modifié par un dispositif de commande (relais) 38. Xe dispositif de commande peut par exemple être influencé par un capteur réagissant à la pression de l'eau, de manière à déplacer les surfaces directrices inférieures 36 de façon telle, et à faire varier de façon telle la force dirigée vers le bas qui leur est appliquée par le courant, que la profondeur d'immersion de la centrale soit maintenue constant En faisant varier l'angle d'inclinaison des surfaces directrices inférieures 36, on peut aussi faire varier la profondeur d'immersion de la centrale si on le désire. De même que les surfaces directrices supérieures 72, les surfaces directrices inférieures 36 dirigent le courant vers les palettes 9 et accélèrent en outre le courant. Etant donné que la centrale est ancrée au fond de la mer et complètement immergée sous la surface de l'eau, on peut la faire fonctionner indépendamment des conditions météorologiques qui régnent à la surface de la mer. Pour échapper à l'influence de fortes tempêtes, au cas où celles-ci pourraient constituer un danger particulier, on peut enfoncer encore plus profondément la centrale en réglant les surfaces directrices inférieures 36 et/ou en inondant plus fortement les chambres 3a, 3b, 4a, 4b ou même la déposer sur le fond de la mer.Etant donné que les mouvements de la surface de la mer n'intéressent pas la centrale, on peut, en réunissant un grand nombre d'unités de machine hydraulique du genre décrit, lui donner la forme d'un ensemble de centrale relativement grand et puissant dont la stabilité est assurée par les tubes longitudinaux relativement grands 1, 2, 3 et 4, qui jouent en même temps le roule de flotteurs. les points caractéristiques du progrès technique, de la nouveauté et de la possibilité d'exploitation de l'invention sont les suivants 1) son fonctionnement protégé contre les tempêtes et la houle, par la position sous la surface de l'eau, la profondeur de fonctionnement étant réglée par l'intermédiaire de relais 38 (figure 3) qui réagissent à la pression de l'eau; 2) l'ancrage bilatéral dans les deux sens d'écoulement, qui est nécessaire pour tirer parti des courants de marée; 3) l & fait que les palettes 9 figure 4) soient conçues pour absorber de grandes énergies d'écoulement, permettant d'utiliser les faibles vitesses d'écoulement de l'eau qui règnent dans les courants marins et les courants de marée et qui ne sont plus utilisables-pour des turbines; 4) les accélérateurs de courant supérieurs et inférieurs qui, sur toute la longueur de la centrale, renforcent la vitesse d'écoulement de l'eau par le haut et par le bas, dirigent le courant sur les palettes et permettent ainsi un rendement maximal; 5) plusieurs éléments de commande sont en action pour compenser les composantes de force dirigées en sens opposé, celle de l'ancrage qui est dirigée vers le bas et celle des accélérateurs de courant supérieurs qui est dirigée vers le haut; pour assurer un état flottant et la stabilisation à une profondeur de fonctionnement prédéterminée, les tubes longitudinaux 3 et 4 sont subdivisés en chambres; en inondant partiellement celles-ci, on peut régler la densité nécessaire de la centrale de manière à permettre un réglage exact et constant de profondeur par les accélérateurs de courant inférieurs, par l'intermédiaire des relais 38 qui les commandent; 6) pour la première fois, il devient possible de réaliser économiquement en un temps de construction court des centrales de grande puissance, afin de les installer en pleine mer pour la production de courant électrique; 7) la comparaison avec l'usine marémotrice de Saint-Nalo montre le stade de développement atteint; alors que dans ladite usine, de l'eau retenue en hauteur sur un volume étroitement limité est utilisé grâce à des turbines pour la production de courant électrique (en principe comme dans le cas d'un lac de barrage), l'invention permet d'utiliser pour produire de l'électricité, de façon illimitée dans le temps, une étendue marine de plusieurs milliers de kilomètres carrés devant les côtes européennes, représentant une source d'énergie inépuisable, d'un ordre de grandeur comparable aux centrales nucléaires mais sans les problèmes de pollution ni les dangers représentés par celles-ci. la centrale selon l'invention réalise donc les conditions nécessaires pour disposer d'une réserve d'énergie inépuisable moyennant une dépense tolérable économiquement. I1 est entendu que tous les éléments structuraux de la centrale doivent être fabriqués en matériaux résistant à l'eau de mer ou ventre protégés d'une autre façon contre les influences corrosives de l'eau de mer. REVENDICTI0NS 1 - Centrale pour l'utilisation de l'énergie des courants marins, en particulier des courants de marée, copor- tant au moins une machine hydraulique constituée par des chaînes de palettes portant plusieurs aubes disposées chacune sur deux chaînes sans fin parallèles orientées suivant la direction d'écoulement, les aubes pouvant être rabattues de telle sorte que dans le brin entraîné des chaînes, elles sont placées trans versalement au courant et que dans le brin de retour elles sont placées dans la direction du courant, des roues de renvoi des chaînes étant montées sur des arbres dans un bâti qui porte aussi au moins une génératrice électrique entraînée par les roues à chaîne, caractérisée par le fait qu'elle est ancrée au fond de la mer et complètement immergée sous la surface de liteau. 2 - Centrale selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'ancrage (34, 35) s'applique à l'extrémité antérieure du bâti, relativement au sens du courant. 3 - Centrale suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le bâti est au moins partiellement formé de tubes (2, 3) qui forment des flotteurs pour la centrale. 4 - Centrale suivant la revendication 3, caractérisée par le fait que les tubes (3, 4) présentent des chambres (3a, 3b, 4a, 4b) que l'on peut inonder pour faire descendre la centrale. 5 - Centrale suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que les palettes (9) sont formées par des cadres tubulaires (18) munis d'un entoilage (19) à la façon d'une voile 6 - Centrale suivant la revendication 5, caractérisée par le fait que les cadres tubulaires (18) des palettes (9) sont disposés sur les chaînes (7, 8) au moyen de câbles de traction (22). 7 - Centrale suivant la revendication 6,caractérisée par le fait que de chacun des deux côtés d'un cadre (18) de palette (9), un câble de traction (22) est guidé sur deux poulies de renvoi (20, 21) disposées aux angles du cadre (18) et fixé par ses deux extrémités à la chaîne (7, 8) 8 - Centrale suivant la revendication 5,caractérisée par le fait que sur le côté des cadres (18) des palettes sont disposés des coulisseaux (28) qui se déplacent dans des guidages (25) disposés sur les tubes (3, 4) de la centrale. 9 - Centrale suivant la revendication 8, caractérisée par le fait que les cadres (18) des palettes (9) sont amenées sous l'action de roues preneuses (30, 31), près du point de renvoi antérieur des chaînes (7, 8), d'un guidage (26) destiné au mouvement vers l'arrière à un guidage (24, 25) destiné au mouvement vers l'avant. 10 - Centrale suivant la revendication 1,caractérisée par le fait qu'entre les tubes supérieurs (1, 2) de la centrale sont disposées l'une derrière l'autre, en au moins une série, des surfaces directrices (32) présentant une inclinaison ascendante face au courant, qui dirigent le courant vers le bas sur les palettes (9) et appliquent à la centrale, dans le courant, une poussée ascensionnelle dynamique. 11 - Centrale suivant la revendication 1,caractérisée par le fait qu'en dessous des tubes (3, 4) sont disposées l'une derrière l'autre en au moins une série des surfaces directrices (36) présentant une inclinaison descendante face au courant, qui dirigent le courant vers le haut sur les palettes. 12 -Centrale selm l'ensemble des revendications 10 et 11, caractérisée par le fait que les angles d'inclinaison des surfaces directrices inférieures (36) sont variables, ce qui permet de faire varier la poussée ascensionnelle dynamique. 13 - Centrale selon l'ensemble des revendications 10 et 11, caractérisée par le fait que les surfaces directrices supérieures (32)sont fixes et présentent une plus grande surface que les surfaces directrices inférieures (36) et que l'angle d'inclinaison des surfaces directrices inférieures (36) est réglable. 14 - Centrale suivant la revendication 10, caractérisée par le fait que les surfaces directrices supérieures (32) sont formées chacune dtun entoilage similaire à une voile, tendu entre deux entretoises (5a, 5b) des tubes (1, 2).