Brevet FR2378958A1 — publié le 19780825

La présente invention a trait a un appareil pour récupérer de l'énergie a partir d'une masse d'eau soumise a des mouvements résultant des vagues, de la marée ou des deux a la fois. Une grande partie de l'énergie mondiale est obtenue par combustion d'un combustible fossile. Toutefois d'après les estimations courantes on ne considère pas que les réserves de pétrole soient suffisantes dans quelques années et de toute manière on admet qu'elles ne puissent durer au-delà-d'un petit nombre de décades. I1 est donc nécessaire de recourir a des sources d'énergie de remplacement. L'une de ces sources est constituée par énergie nucléaire. Mais celle-ci pose des problèmes d'environnement. Par conséquent la récupération de l'énergie des vagues doit etre considérée comme une autre source possible et qui comporte l'avantage d'etre inépuisable. Conformément a la présente invention un appareil pour récupérer de l'énergie à partir d'une masse d'eau soumise à des mouvements provenant des vagues et/ou de la marée, comprend - un flotteur guidé de manière à pouvoir se déplacer verticalement d'un seul bloc vers le haut et vers le bas, mais non pas dans le sens horizontal, ainsi qu'à pouvoir tourner autour d'un axe substantiellement parallèle à la surface de l'eau, ce flotteur comportant une face inférieure orientée vers -l'eau et qui est asymétrique par rapport à l'axe précité, de manière telle que lorsqu'il flotte, le passage d'une vague le fasse basculer autour dudit axe - un premier moyen articulé au flotteur pour récupérer de l'énergie lorsqu'il s'élève et retombe sous l'effet de la masse d'eau - et un second moyen, également articulé au flotteur en un point éloigné de l'axe précité, pour récupérer de l'énergie lorsque ce flotteur bascule autour de ce dernier sous l'effet du passage de la vague. L'invention comporte l'avantage que-l'appareil peut récupérer à la fois l'énergie horizontale et l'énergie verticale que comporte le mouvement d'une vague. Ainsi quand le flotteur s'élève et s'abaisse & l'instant où la vague passe au-dessous de lui, ou bien lorsque la marée varie, le premier moyen entre en action pour récupérer l'énergie verticale, tandis que lorsqu'il bascule autour de son axe sous l'effet du passage de la vague, c'est le second moyen qui intervient pour récupérer l'énergie horizontale. I1 semble que lorsque le flotteur s'élève, c'est sa flottabi lité qui engendre la force nécessaire -l'entrainement des moyens de récupération d'énergie, alors que lorsqu'il retombe, c'est son poids qui agit de la meme manière. Il en résulte que la flottabilité et le poids du flotteur doivent être adaptés aux caractéristiques opératoires de ces moyens. I1 apparat désirable que l'axe autour duquel le flotteur peut tourner soit contraint a se déplacer dans un plan vertical. I1 n'est toutefois pas essentiel qu'il reste horizontal. Au lieu de cela on peut permettre au flotteur de basculer de façon à s'adapter à l'effet d'une vague qui atteint un de ses côtés avant l'autre. En dépit de ce basculement l'axe reste dans le plan vertical précité et le flotteur est toujours susceptible de se déplacer vers le haut et vers le bas, mais non pas horizontalement dans le sens transversal a l'axe. Le premier et le second moyen de récupération d'énergie sont préférablement constitués par des ensembles piston-cylindre qui pompent un fluide lorsque le flotteur se déplace sous -l'effet d'une vague. Ces ensembles sont avantageusement à double effet de façon que le pompage s'effectue pour les deux sens de déplacement du piston. Le fluide pompé est préférablement constitué par un liquide tel que l'eau. I1 peut être envoyé à un récipient d'accumulation d'énergie, tel qu'un accumulateur hydraulique, dans lequel, par exemple, l'entrée du liquide provoque une augmentation du volume du récipient a l'encontre du soulèvement d'un lourd contrepoids. Il convient de prendre des précautions pour éviter que le liquide ne gèle, par exemple par addition d'un produit antigel dans le cas de l'eau. Pour absorber les a-coups il est désirable d'agencer un matelas d'air en communication avec le liquide sous pression. Les ensembles piston-cylindre sont préférablement disposés audessus du niveau de l'eau. Cela comporte avantage qu'il n'est pas besoin de les immerger dans la mer où ils seraient soumis a de sérieux problèmes de corrosion et où ils ne seraient pas aisément accessibles pour l'entretien et les réparations. Un autre avantage de cette disposition des ensembles au-dessus du niveau de l'eau, est qu'on peut les utiliser pour soulever le flotteur afin de le dégager de celle-ci lorsqu'il y a lieu de l'entretenir ou de le réparer il n'est donc pas nécessaire à cet effet de le remorquer de son point d'utilisation vers un bassin. Par ailleurs, comme ce flotteur peut être très lourd, il est mieux de le suspendre aux ensembles piston-cylindre que de le faire reposer sur ceux-ci.Enfin ces -ensembles peuvent entre commandés a partir du liquide sous pression de l'accumulateur pour immerger le flotteur au-dessous du niveau de l'eau dans le cas où les vagues deviendraient trop brutales et risqueraient de l'endommager lui-même ainsi que d'autres parties de l'appareil. I1 peut n'y avoir qu'un seul ensemble piston-cylindre pour constituer chacun des moyens de récupération d'énergie ; mais il est également possible d'en prévoir plusieurs montés en parallèle si le flotteur est assez grand pour absorber de fortes quantités d'énergie à partir des vagues. On prévoit préférablement au moins deux ensembles, savoir un a chaque extrémité du flotteur. I1 est désirable que l'appareil suivant l'invention soit monté de façon telle que dans toutes les conditions de la marée la profondeur de l'eau soit suffisante pour éviter que le flotteur ne vienne au contact du fond, et qu'au contraire il soit toujours en état de flottabilité. A cet effet l'appareil suivant l'invention peut être supporté par une plate-forme dont la partie immergée formant embase peut être par exemple d'un type semblable a un "port Mulberry", ou être supportée par un socle fixé au fond de la mer. Toutefois, du fait que l'appareil est prévu pour absorber I'énergie horizontale de la vague aussi bien que son énergie verticale, on peut le disposer relativement près du rivage, ce qui comporte l'avantage important que- l'énergie recueillie peut être envoyée vers la terre ferme d'une façon relativement simple, par exemple par des canalisations hydrauliques ou des câbles électriques qu'il n'est pas nécessaire de prévoir longs et coûteux. Pour que le flotteur pivote lorsqu'une vague passe au-dessus de lui, son profil immergé doit être asymétrique par rapport å l'axe de pivotement. I1 est désirable que sa face inférieure présente une forme telle que sa partie avant, avec laquelle la vague vient tout d'abord en contact, oppose une forte résistance au passage de celleci. I1 semble au contraire que la partie arrière de cette conformation ne doit opposer qu'une faible résistance S ce passage. Par exemple la partie arrière peut être incurvée autour d'un axe voisin de l'axe de pivotement, alors que la partie avant est substantiellement plate et s'étend suivant une tangente a la partie arrière. Le flotteur lui-même peut comporter une section transversale non circulaire, il peut par exemple.être conformé la façon d'une poire, la pointe étant orientée vers la vague et la base partielle ment circulaire a l'opposé de celle-c-i, tandis que l'axe de pivotement passe alors par le centre de la base précitée. Avec une telle conformation, lorsqu'une vague frappe la pointe du profil, celle-ci se soulève en faisant pivoter le flotteur. Puis lorsque la vague considérée passe au-dessous du flotteur, la pointe s'abaisse en obligeant ce dernier a revenir par pivotement a sa position initiale.Des bras de levier reliés au second moyen de récupération d'énergie peuvent s'étendre a partir de la base du profil en poire du flotteur en vue de réaliser une course de longueur raisonnable pour actionner le second moyen précité. Afin d'augmenter l'effet de la vague qui vient frapper le flotteur, on peut faire comporter a celui-ci une plaque prolongeant sa face inférieure de façon a augmenter la surface exposée a l'énergie de la vague. Pour adapter le mouvement du flotteur aux conditions des vagues a chaque instant, on le subdivise préférablement en un certain nombre de compartiments qu'on peut remplir d'eau et/ou vidanger par injection d'un gaz comprimé. On peut ainsi modifier le comportement du flotteur par rapport aux vagues ainsi que la période de son mouvement alternatif d'oscillation. I1 est encore possible d'agir sur le flotteur en vue de l'adapter aux conditions particulières des vagues en bloquant le premier ou le second moyen de récupération d'énergie de façon retenir le flotteur d'une manière particulière. Ces moyens peuvent s'utiliser pour le bloqueé a toute position voulue en utilisant l'énergie accumulée pour actionner lesdits moyens et l'amener ainsi a la position requise. Un autre avantage de l'invention est que l'appareil peut être utilisé comme brise-lames en vue d'améliorer les conditions d'un port. Le dessin annexé, donné a titre -d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer. Fig. 1 est une vue de côté schématique d'un appareil suivant l'invention. Fig. 2 est une vue en perspective de l'appareil de fig. 1 monté tout près du rivage. Fig. 3 est un schéma de détail d'une variante de l'appareil suivant l'invention. L'appareil 10 représenté en fig. 1 et 2 comprend un flotteur 12 qui repose sur l'eau et dont les déplacements sont guidés a partir d'une plate-forme 14 fixée a des pieds 15 reposant sur le fond 16 de la mer. Sur la plate-forme 14 est articulé un premier couple d'ensembles piston-cylindre a double effet référencés 18. Ces ensembles 18 sont suspendus à la plate-forme par des joints d'articulation 20 et leurs tiges 22 descendent jusqu'au flotteur. Dans le fond 16 sont enfoncés des couples de montants ou guides parallèles 26 convenablement écartés et qui font partie de la plateforme 14. Les côtés du flotteur portent des rouleaux de guidage 28 disposés entre les montants 26 pour l'obliger a se déplacer verticalement. Les faces latérales des rouleaux supportent des portées 24 sur lesquelles sont montées a rotation les extrémités inférieures des tiges de piston des ensembles 18. De cette façon les déplacements verticaux du flotteur dans un sens et dans l'autre sont transmis a ceux-ci. A 11 avant du flotteur 12 est fixée une plaque de choc 30. Cette plaque est orientée de façon a constituer un prolongement de la face inférieure du flotteur. Ce dernier lui-meme comporte une section verticale transversale dont le profil est asymétrique par rapport a l'axe des portées 24 qui le supportent. Par conséquent lorsqu'une vague passe au-dessous de lui, il pivote autour de l'axe précité. Pour tirer parti de ce mouvement l'on a prévu des bras de levier 32 dépassant vers l'arrière du flotteur et articulés aux tiges d'un second couple d'ensembles piston-cylindre a double effet 34. Ces ensembles 34 sont suspendus a la plate-forme par des articulations 36. Chacune des extrémités de chaque ensemble 18, 34 est reliée par des canalisations 38 a un accumulateur hydraulique 40. Dans ces canalisations sont prévus des clapets anti-retour 42. L'accumulateur hydraulique 40 est monté sur la terre ferme, par exemple sur une digue 44, mais on pourrait également le disposer sur la plateforme 14. Aux canalisations 38 peuvent encore être reliées des ca pacités fermées (non représentées) contenant un matelas gazeux en vue d'agir comme absorbeurs d' -coups pour le liquide en écoulement. L'accumulateur hydraulique peut être constitué par une enceinte renfermant un piston chargé ou analogue et propre a contenir du liquide sous haute tension. Le poids de charge du piston est préférablement réglable par addition ou soustraction de masselottes, de façon à adapter l'appareil aux conditions des vagues a chaque instant. L'énergie du liquide sous pression est utilisée à la façon et au temps désirés en lui faisant assurer l'entrainement d'une turbine (non représentée) accouplée par exemple a un générateur électrique (également non figuré). Le liquide circule préférablement en circuit fermé en étant renvoyé de la turbine aux ensembles 18 et 34. I1 peut être très simplement constitué par de l'eau renfermant un produit anti-gel approprié. En fonctionnement le flotteur se soulève quand une vague passe au-dessous de lui, puis il retombe. Ce mouvement de montée et de descente provoque le pompage du fluide hydraulique sous pression des ensembles 18 vers l'accumulateur. En outre, comme la face inférieure du flotteur est asymétrique par rapport aux portées d'articulation 24, le flotteur est également amené a pivoter autour de celles-ci lorsque la plaque de choc 30 et la face inférieure précite sont frappées par une vague. Quand le flotteur bascule ainsi, le fluide hydraulique est pompé sous pression des ensembles 34 vers l'accumulateur 40. L'énergie est donc récupérée à partir des vagues par ces deux voies. Un avantage important de l'appareil 10 est que toutes ses pièces travaillantes sont aisément accessibles pour l'entretien et la réparation. En outre il est possible d'utiliser les ensembles 18 pour soulever le flotteur au-dessus des vagues de façon a pouvoir nettoyer sa face inférieure des organismes marins et algues qui peuvent l'encombrer. Cela comporte cet autre avantage qu'il n'y a pas lieu de le remorquer démonté vers le rivage ou vers un bassin pour realiser ce nettoyage. La variante 50 représentée en fig. 3 comporte un certain nombre d'ensembles 18a semblables aux ensembles 18 ci-dessus ; on en a représente quatre pour fixer les idées. Ces ensembles 18a sont reliés en parallèle et leurs tiges de piston s' articulent a une traverse 52 dont les extrémités sont à leur tour articulées aux portées 24 du flotteur 12 par des tiges intermédiaires 54. De meme manière une pièce intermédiaire 56 s'étend entre les extrémités des bras 32, tandis qu'a cette pièce s'articulent les tiges d'un certain nombre d'ensembles piston-cylindre 34a semblables a ceux 34 mentionnés plus haut ; la encore on a représenté quatre ensembles 34a à titre d'indication. I1 doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'a titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. REVENDICATIONS 1. Appareil pour récupérer de l'énergie à partir d'une masse d'eau soumise a des mouvements de vagues et/ou de marée, caractérisé en ce qui comprend - un flotteur guidé de manière à pouvoir se déplacer verticalement d'un seul bloc vers le haut et vers le bas, mais non pas dans le sens horizontal, ainsi qu'a pouvoir tourner autour d'un axe substantiellement parallèle a la surface de l'eau, ce flotteur comportant une face inférieure tournée vers l'eau et qui est asymétrique par rapport a l'axe précité, de manière telle que lorsqu'il flotte, le passage d'une vague le fasse basculer autour dudit axe ;; - un premier moyen articulé au flotteur de manière a récupérer de l'énergie quand celui-ci se soulève et s'abaisse sous l'effet de la masse d'eau - et un second moyen articulé au flotteur en un point éloigné de son axe pour récupérer de l'énergie lorsque ledit flotteur bascule autour de ce dernier sous l'effet du passage de la vague. -2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le premier et le second moyen de récupération d'énergie sont cons titués par des ensembles piston-cylindre agencés de façon à assurer un refoulement de fluide sous pression quand le flotteur est déplacé par l'effet de la masse d'eau. 3. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les ensembles piston-cylindre sont à double effet, de façon que le pompage se produise pour les deux sens de déplacement du piston. 4. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les ensembles sont agencés de manière à assurer un débit de liquide sous pression quand le flotteur se dé- place- sous l'action de la masse d'eau. 5. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérise en ce qu'il comporte un accumulateur hydraulique propre à recevoir et à emmagasiner le fluide sous pression provenant des ensembles de pompage. 6. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la face inférieure du flotteur comporte une partie arrière recourbée autour d'un axe situé près de l'axe d'articulation du flotteur, et une partie avant substantiellement plate qui s'étend suivant une tangente a la partie arrière. -7. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précé dentes, caractérisé en ce qu'il comporte des bras de levier qui s'étendent à partir du flotteur et qui sont articulés au second moyen de récupération d'énergie. 8. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une plaque fixée au flotteur pour constituer un prolongement de la face inférieure de celuici en vue d'augmenter la surface exposée à l'action d'une vague venant frapper le flotteur. 9. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le flotteur est subdivisé en un certain nombre de compartiments qui peuvent être remplis d'eau de façon à permettre de faire varier ses caractéristiques d'oscillation et/ou son orientation en fonction des conditions des vagues. 10. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est monté sur une plate-forme fixée au fond de la mer, des montants de guidage parallèles. et convenablement espacés, également fixés au fond précité, obligeant le flotteur à se déplacer verticalement dans un sens et dans l'autre. 11. Appareil suivant l'une quelconque des revendications pré cédentes, caractérisé en ce que le premier ou le second moyen de récupération d'énergie peut s'utiliser pour fixer le flotteur et/ou le mettre en position en vue de l'empêcher de se déplacer verticalement dans un sens ou dans l'autre, et de pivoter autour d'un axe substantiellement parallèle a la surface de l'eau.