Brevet FR2339071A1 — publié le 19770819

L'invention se rapporte à un appareillage permettant d'exploiter énergie des vagues ou de la houle et de la transformer en énergie utilisable. On sait que les vagues recèlent une énergie considérable, qu'il serait fort souhaitable de capter. Cette énergie, issue de celle des vents, est en effet gratuite, quasiment perianente ettrès largement répandue à la surface du globe; elle pourrait constituer une intéressante énergie de replacement ou de complément vis-à-vis des sources d'énergie classiques (charbon, pétrole) dans les régions possédant un acces à la mer ou à un lac d'étendue suffisants. L'extraction de l'énergie des vagues serait aussi très utile dans certains eas particuliers, par exemple pour l'alimentation en énergie électrique des phares en mer. L'appareillage selon l'invention met à profit les mou vements de va-et-vient vertical de flotteurs ou caissons flottants sous l'action des variations de niveau de l'eau duel au dépla- cessent dtun système de vagues. Chaque caisson flottant fait partie d'un dispositif mécanique comprenant un agencement de liaison du caisson flottant à un organe de sortie qui transmet à un appareil d'utilisation énergie mécanique déployée par le caisson lors de sa montée ou de sa descente sur un flanc de sague. Le caisson flottant peut entre lesté, de tanière à présen- ter une flottabilité réduite. Il développe alors de l'énergie mé- clanique utilisable pendant ses mouvements de descente sur un flanc de vague. Le caisson peut aussi présenter une flottabilité élevée, de sorte qu t il développe de l'énergie utilisable lors de ses ou- vements de montée sur un flanc de vague. Chaque caisson flottant est relié de préférence à l'or- gane de sortie par l'intermédiaire d'un lien flexible et d'un élément à simple effet découplant l'organe de sortie et le caisson dans la phase du mouvement de ce dernier où il ne fournit pas d1énergie, c'est-à-dire dans la phase de montée pour un caisson à flottabilité réduite et dans la phase de descente pour un caisson à flottabilité élevée. Dans chaque phase complémentaire (phase motrice), le caisson est couplé à organe de sortie et le sollicite toujours dans le mie sens. L'organe de sortie peut entre soit un arbre actionné en rotation par un caisson en phase motrice (par l'intermédiaire d'un mécanisme de roue libre tel qu'unie roue à rochet), soit une conduite hydraulique aIim.ntée (par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour) par une pompe actionnée par le caisson. Pour obtenir une force motrice régulibre, il est avantageux d'utiliser une paire de dispositifs mécaniques complémentaires, couplés à un 8e organe de sortie collecteur d'énergie, l'un étant équipé d'un caisson à faible flottabilité, autre d'un caisson à forte flottabilité. En groupant un grand nombre de telles paires de dispositifs mécaniques, on obtient une forcez motrice très im- portante et sensiblement continue si les dispositifs mécan;Lques sont répartis selon une direction parallèle à la direction d'avancernent des vagues.Ces dispositifs mécaniques peuvent Entre montés à bord d'un ponton flottant (ou d'un ouvrage fixe dans le Qas d'une mer à faibles marées) dirigé face aux vagues et de grande longueur pour ne pas subir de tangage sous l'action des vagues. La description qui va suivre, en regard des dessins an nases à titre d'exemples non limitatif s, permettra de bien compren- dre comment l'invention peut titre aisys en pratique. Les figures 1 et 2 représentent en élévation, respectivement de face et de profil, un premier type de dispositif mécanique selon l'invention. Les figures 3 et 4 représentent, de la même manière que les figures 1 et 2, un deuxième type de dispositif mécanique selon l'invention. La figure 5 représente une paire de dispositifs mécaniques du premier et du deuxième type, dans une autre forme d'exécution. La figure 6 représente un ponton flottant équipé d'un grand nombre de paires de dispositifs mécaniques. Les figures 7 et 8 représentent, de face et de profil, un caisson flottant faisant partie d'un dispositif mécanique. Une première forme d'exécution d'un dispositif mécanique selon l'invention, destiné à capter et à exploiter l'énergie des vagues, est représentée par les figures 1 à 4. Les figures 1 et 2 représentent un premier type d'un tel dispositif, dont la phase active dans laquelle il fournit de l'énergie correspond à la période de descente de l'eau entre le niveau de erete H et le niveau de creux B des vagues. Les figures 3 et 4 représentent un deuxième type de dispositif dont la phase active correspond par contre à la période de remontée de l'eau entre le niveau B et le niveau H. Le dispositif mécanique des figures 1 et 2 comprend un paisson 10 d'une capacité de 3000 litres flottant à la surface de l'eau et pesant au total 2 500 kg, étant lesté par une quantité d'eau Il qui le remplit aux trois quarts. Un tel caisson offrant une faible flottabilité, suspendu à un point fixe, exerce sur ce point, au moment du retrait des vagues et pendant la période correspondant à leur flanc descendant D, une force de traetion T de 2 500 kg. Cette force est, dans le présent exemple, mise à profit pour entratner en rotation un arbre 12 transmettant l'énergie recueillie à un appareil d'utilisation (non représenté).A cet effet, le caisson 10 est suspendu par un lien flexible comprenant des élingues 13, un court ctble 25 et une channe 14 qui passe sur une poulie 15 montée sur un arbre rotatif 16 supporté par deux paliers fixes 18 et porte à son extrémité un contrepoids 17 de rappel, ce dernier assurant la tension du lien flexible 13,'25, 14 et aidant le caisson lesté 10 à remonter au passage d'une vague. Sur l'arbre 16 est clavetée une poulie 19 reliée par une chaîne 24 (ou une courroie) à une deuxième poulie 21 solidaire ae l'arbre de sortie 12. La poulie 19 est munie d'ut mécanisme de roue libre à rochet fournissant une liaison à simple effet entre les arbres 16 et 12, de sorte que énergie mécanique obtenue à la descente du caisson 10 et developpant dans la ahane 14 une force F est transmise à l'arbre 12, qui tourne dans le sens indiqué par la flèche R, tandis que, lors de la remontée du niveau de l'eau, l'arbre 12 est découplé de l'arbre 16 et de la channe 14 et le caisson 10 peut exécuter librement son mouvement de rappel vers le haut.Ainsi, au cours du mouvement alternatif de montée et de descente du caisson 10, l'arbre de transmission 12 est touJours entrat nd dans le sens de la flèche R, mais d'une manière saccadée, savoir uniquement à la descente du caisson 10 dans un creux de vagues. Le dispositif mécanique que représentent les figures 3 et 4 est dans une large mesure identique à celui des figures 1 et 2, et les éléments homologues portent les mimes références. La seule différence consiste en ceci que le caisson, semblable au caisson 10, mais portant maintenant la référence 20 est vide et ne pèse que 250 kg; il possède donc une forte flottabilité et est relié à la channe 14 par des élingues 13 attachées à sa partie inférieure et par un câble 22 passant sur des poulies de renvoi 23 d'axe stationnaire, ltune d'elles étant immergée au-dessouset à la verticale du caisson. Ainsi, la poussée P de 2 750 kg qui su exerce debas en haut sur le caisson 10 à la remontée du niveau de l'eau, pendant la période correspondant au flanc ascendant A des vagues, est transmise à la channe 14 sous forme d t une force F airigée vers le bas comme dans le cas des figures 1 et 2, faisant tourner l'arbre de sortie 12 dans le sens de la fleche R. Deux dispositifs mécaniques, respectivement du premier et du deuxième type, peuvent titre avantageusement réunis et couplés à un m8me arbre de sortie 12, l'un entratnant ce dernier dans une période correspondant au flanc descendant D des vagues, et l'autre dans une période correspondant au flanc ascendant A. Les deux dispositifs mécaniques actionnent ainsi l'arbre 12 dans le mtme sens de rotation R, mais pendant des périodes complémentaires, de sorte que la force matrice recueillie présente une amplitude beaucoup plus régulière, dont les fluctuations peuvent d'ailleurs ttrqitt#- nuées au moyen d'un volant d'inertie monté sur arbre 12. Un tel groupement de deux dispositifs mécaniquescomplé- mentaires est représenté sur la figure 5, qui montre en mime temps un agencement de collecte de l'énergie différent de l'agencement comprenant arbre 12 preédemment décrit. I1 s'agit ici d'un agen cement hydraulique, dans lequel des pompes hydrauliques27, 28 à piston sont actionnées en alternance, par l'intermédiaire de leviers 29, 30, respectivement par les ctbles 25, 22 auxquels sont accro chés les caissons 10 et 20.Ces pompes 27, 28, recevant du fluide hydraulique par une conduite de retour 36, tefoulent alternati- vement, du fait du mouvement de leur piston 31, 32, un fluide hydraulique dans une conduite de sortie 33 par l'intermédiaire de clapets anti-retour 34, 35. La conduite 33, reliée à un réservoir régulateur 37 à gaz comprimé qui atténue les fluctuations de la pression hydraulique, aboutit à un appareil d'utilisation, par exemple à un verin nu à un moteur hydraulique, transformant l'éaer- gie hydraulique sous une forme mécanique utilisable. Les deux dispositifs mécaniques de la figure 5 sont montés à bord d'un ponton flottant 38 qui porte notamment l'axe des poulies de renvoi 23 du câble de caisson 20 et les axes de pivotement 39, 40 des leviérs 29, 30, chacun de ces derniers étant muni d'un contrepoids de rappel 17 à son extrémité couplée à la tige de piston de la pompe correspondante. Afin de multiplier la force motrice extraite de l'énergie des vagues et de régulariser son amplitude , il est intéressant de réunir et de faire coopérer un grand nombre de paires de dispositifs mécaniques complémentaires. La figure 6 montre par exemple un ponton flottant 38, de longueur égale à JOO m, amarré et orienté parallèlement à la direction de déplacement V des vagues, tout au long duquel ont été repartis des dispositifs mécaniques du premier type (caissons lestés 10) et du deuxième type (caissons vides 20) en alternance. énergie fournie par ces dispositifs mécaniques est collectée par un organe de sortie commun (arbre rotatif 12, conduite hydraulique 33 ou tout autre agencement approprié), et dirigée vers un appareil d'utilisation 39 (par exemple une génératrice électrique) per- mettant d'exploiter l'énergie reeueillie. Dans certains cas, les paires de dispositifs mécaniques peuvent ttre montés sur un ouvrage en béton de mtme orientation que le ponton flottant précité, enjambant des hauts-fonds où la surface de l'eau est constamment agitée. Les figures 8 et 9 montrent la structure que peuvent pré- senter les caissons 10, 20 utilisés dans le cadre de l'invention. Ces caissons sont des réservoirs étanches de forme cylindrique offrant une longueur de 3 r et un diamètre de 1,25 m; ils sont maintenus en position horizontale et sont guidés par des glissières verticales, étant munis, à leurs extrélités, de manchons 40 coulissant le long de tiges verticales 41 (ou de capables tendus verti gaiement) qui guident leurs mouvements de montée et de descente et les obligent à se déplacer verticalement. Ces réservoirs sont munis en outre d'oreilles 42 où s'attachent les élingues 13; ; ces pattes 42 sont situées à la partie supérieure des caissons 10 (ainsi que le montre les figures 7 et 8), et à la partie inférieure des caissons 20. Les caissbns 10 sont munis d'une ouverture obturable (non représentée) permettant de les remplir partiellement d'eau de lestage. On peut utiliser d'autres flotteurs que des eaissons flottants lestés et vides, par exemple des flotteurs massifs faits d'une matière soit dense, soit légère de manière à présenter une flottabilité faible ou forte. REVENDICATIONS I.- Appareillage d'exploitation de l'énergie des vagues ou de la houle, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un dispositif mécanique eomprenant un caisson flottant à la sur face det l'eau, qui monte et descend au passage des vagues en ac- tionnant, par 11 intermédiaire d'un agencement de liaison, un organe de sortie transmettant 11 énergie ainsi recueillie à un appa- reil d'utilisation. 2.- Appareillage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le caisson présente une faible flottabilité et fournit de énergie tutrice à l'organe de sortie dais la phase de descente de son mouvement alternatif. 3.- Appareillage selon la revendicatien 2, caraotérisé par le fait que l'agencement de liaison comprend un lien flexible à l'extrémité duquel le caisson est suspendu par sa partie sup*- rieure. 4.- Appareillage selen la revendication 1, caractérisé par le fait que le caisson présente une forte flottabilité et fournit ce l'énergie riche a' organe de sortie dans la phue de montée de son mouvement alternatif. 5. - Appareillage selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'agencement de liaison comprend un lien flexible à l'extrémité lequel le caisson est attaché par sa partie infé- rieure, ce lien passant sur des poulies de renvoi qui le dirigent vers le haut. 6.- Appareillage selon la revendication 3 ou 5, earactE- risé par le fait que la tension du lien flexible est assuré. par un contrepoids de rappel. 7.- Appareillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait-que le caisson est guidé dans son mouvement alternatif par des glissières verticales. 8.- Appareillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'agencement de liaison com- prend un élément à simple effet découplant l'organe de sortie et le caisson dans la phase du mouvement de ce dernier où il ne fournit pas d'énergie matrice. 9.- Appareillage selon la revendication 8, caractérisé par le faut que l'organe de sortie est un arbre actionné en rotation par le lien flexible par l'intermédiaire d'une roue à rochet constituant l'élément à simple effet. 10.- Appareillage selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'organe de sortie est une conduite hydraulique alimentée par une pompe, elIe-mme actionnée par le lien flexible, par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour constituant cément à simple effet. 11.- Appareillage selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 10, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins une paire de dispositifs mécaniques complémentaires, l'un étant équipé d'un caisson à faible flottabilité et l'autre d'un caisson à forte flottatilité, ces dispositifs étant couplés à un même organe ae sortie. 12.- Appareillage selon la revendication 11, caractérisé par le fait qu'il comprend une pluralité de paires de dispositifs mécaniques complémentaires tous couplés à un organe de sortie commun collectant l'énergie. 13.- Appareillage selon la revendication 12, caractérisé par le fait que les dispositifs mécaniques sont montés le long d'un ponton flottant de grande longueur. 14.- Appareillage selon la revendication 12, caractérisé par le fait que les dispositifs mécaniques sont montés le long d'un ouvrage fixe de grande longueur.