Brevet FR2397540A1 — publié le 19790209

La présente invention concerne un système permettant de combiner les effets de l'énergie éolienne, et/ou de l'énergie solaire, et/ou éventuellement de l'énergie thermique des mers en vue de leur transformation en une énergie ou en un vecteur d'énergie, directement utilisable. Elle a plus particulièrement pour objet la production d'énergie dans des régions régulièrement ventilées et ensoleilltes , ce qui est notamment le cas de certaines régions côtières où soufflent en permanence de violents vents dominants tels que, par exemple,le mistral ou où la tramontane- en ce qui concerne les régions côtières méditer- ranéennes de la France. On a déjà proposé, pour la récupération de l'énergie de ces vents, l'emploi d'éoliennes classiques, ctest-A-dire un ensemble rotatif, A axe horizontal, muni d'un ensemble de pales radiales. Un tel ensemble rotatif doit donc étire supporté par un pylône dont la partie supérieure supportant ledit arbre doit être elle-même montée rotative autour d'un axe vertical et comprendre une gouverne pour que la structure rotative puisse s'orienter convenablement par rapport au vent. Toutefois, l'emploi de ces éoliennes ne s'est jamais généralisé en raison de leur coût important et du fait que l'on ne peut proposer, pour des raisons de technologie, que des éoliennes de dimensions réduites et qui ne permettent pas la récupération de grandes quantités d'énergie. Un premier objet de l'invention est donc la réalisation d'un système facilement réalisable d un prix de revient peu élevé et qui permette de produire, à partir de l'énergie éolienne, d'importantes quantités d'énergie directement utilisable. Pour parvenir à ce résultat, l'invention propose un système faisant intervenir un élément structural monté rotatif par rapport au sol autour d'un axe central vertical ou imaginaire, cette structure comprenant s - au moins deux pales diamétralement opposées par rapport à l'axe de rotation de ladite structure, - un dispositif d'articulation desdites pales équilibrées sur ladite structure autour d'axes sensiblement radiaux et horizontaux, - des moyens d'équilibrage permettant auxdites pales de prendre naturellement une-position déployée proche de la verticale et de prendre facilement une position effacée proche de l'horizontale, sous 1 l'effet du vent, - des moyens de butée, avec éventuellement amortissement, pour limiter dans un sens la rotation des pales en ladite position déployée, et - des moyens permettant de transformer l'énergie mécanique (rotation par rapport au sol) produite par le système en vue d'une utilisation spécifique. Selon un mode particulièrement avantageux de l'invention, ledit élément structural est conclu pour flotter à la surface de l'eau, par exemple au moyen d'une coque périphérique annulaire coaxiale audit élément structural. Ce dernier peut être retenu au moyen d'un élément de liaison, fixé sur le fond sous-marin et maintenant fixement en rotation l'axe central dudit élément structural, de sorte qu'entre ledit axe central et ledit élément peut être disposée une génératrice électrique et son multiplicateur. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les pales sont disposées par couple, à savoir une pale supérieure et une pale inférieure, ces deux pales étant reliées mécaniquement de manière à obtenir un auto- uilibrage, de manière à ce que la pale supérieure tende naturellement & se déployer vers le haut tandis que la pale inférieure tende à se déployer vers le bas, et ce, de telle manière qu'un faible courant d'air orienté dans le sens inverse de la rotation du couple de pales, suffise a les ramener en position effacée. Par ailleurs, on sait que de nombreuses applications pilotes ont été effectuées pour la récupérationde l'énergie solaire, qu'il s'agisse d'assurer le chauffage ou la climatisation d'habitations ou même d'assurer une production d'énergie électrique. Mais, de même que dans le cas des éoliennes classiques, les dispositifs pour la récupération de l'énergie solaire nécessitent des installations importantes et cela pour une faible production d'énergie utilisable. Pour supprimer ces inconvénients, l'invention propose un système du genre de celui précédemment décrit (et fonctionnant à partir de l'énergie éolienne) qui permet de combiner les effets de diverses sources d'énergies, notamment de l'énergie solaire et de l'énergie éolienne. A cet effet, l'invention propose d'utiliser les pales comme des réflecteurs directs (pales faisant réflecteur), pour réfléchir le rayonnement solaire et éventuellement le focaliser sur des éléments insolateurs situés sur le susdit élément structural et qui permettent la transformation de l'énergie solaire en une énergie, par exemple calorifique ou électrique, directement utilisable suivant toutes les techniques connues sur l'utilisation de l'énergie solaire et leurs applications. Pour permettre de focaliser les rayons lumineux sur les susdits éléments insolateurs tout en tenant compte des changements d'état des pales (déployées, effacées) de la hauteur du soleil sur l'horizon saisonnier, les pales peuvent comprendre, maintenue par une ossature légère rigide, une enveloppe transparente, assurant la forme aérodynamique souhaitée, par exemple, & l'intérieur de laquelle est disposée une pluralité de miroirs pendulaires dont l'orientation naturelle est prévue pour qu'ils réfléchissent tous les rayons lumineux, vers une ou des directions déterminées, par exemple vers le bas. Dans ce dernier cas,-l'élément structural peut comprendre, dans sa partie inférieure, un disque capteur connu ou réfléchissant comprenant par exemple une succession d'ondulations radiales de forme (en coupe transversale) parabolique, au foyer desquelles peuvent etre disposés les éléments récepteurs (en forme d'éléments rayon flatta) de sorte que le rayonnement lumineux orienté sur le disque réfléchissant soit focalisé sur les éléments récepteurs. Il- est noter que l'énergie solaire directe et indirecte ainsi récupérée peut être facilement transformée (corps noir) en énergie calorifique,cette énergie calorifique pouvant par exemple, réchauffer directement, ou par 1 'intermédiaire d'une pompe & chaleur, la source chaude d'un moteur thermique, ou la climatisation d'une maison , 8i le système est installé sur le toit d'une maison, supporté par un fut central par exemple. A ce sujet, il vient tout de suite i l'esprit le vieux projet si prometteur, et qui n'a jamais débouché sur des applications pratiques en raison des investissements importants que nécessite sa réalisation et les échecs passés,qui a pour objet l'utilisation de l'énergie thermique des mers dont un point majeur est résolu dans l'invention pour la canalisation de descente permettant de capter l'eau froide. L'invention a également pour but de combiner, les effets de cette énergie thermique avec des énergies solaires et éoliennes en vue d'obtenir un module de production autonome présentant un rendement d'énergie produite/moyens de production, optimum. A cet effet, l'invention propose de refroidir la source froide du moteur thermique précédemment mentionnée au moyen de l'eau r- pée en profondeur dans la mer, l'énergie mécanique engendrée par l'énergie éolienne pouvant servir au pompage de cette eau et, éventuellement, 9 l'entratnement d'un groupe motocompresseur dans le cas où l'on utilise une pompe A chaleur, ou, après transformation en énergie électrique, au réchauffement de la source chaude, dans les cas où l'énergie solaire fait défaut. Un système de régulation permet de réguler 1 'ensemble de manière a ce que l'écart de température soit toujours ramené à l'écart permettant un fonctionnement optimum du moteur thermique. Bien entendu l'invention ne se limite pas aux seules énergies solaire, éolienne et thermique des mers t L'invention concerne d ' une façon analogue la récupération de la plupart des énergies naturelles non polluantes, telles que par exemple, énergie des ma rées, la géothermie etc..., cette récupération 8 |effectuant dans un même système compact et unitaire. Un tel système de multicaptation des énergies naturelles présente l'avantage important t - de couvrir une grandeplage géographique en implantation, - l'emploi de toutes les techniques connues et perfectionnables en énergie solaire ainsi que leurs multiples applications, - une plus grande puissance,unitaire de captation et/ou un rendement plue élevé dans le temps des énergies naturelles en associant tous les vecteurs énergétiques d'un lieu, - un prix commercial compétitif de l'énergie produite et ce, en évitant d'avoir recours i des moyens de lutte anti-pollution couteux dont le prix s'ajoute au prix de revient de l'énergie polluante actuelle, - une gamme d'emploi de vulgarisation généralisée :: du domestique aux grandes industries, -un moyen supplémentaire de lutte contre la monopolisation éner gétique et les découlements politiques nationaux et mondiaux qui s'y greffent, et qui sont contraires aux droits fondamentaux de l'humanité, - une diversification des capteurs naturels non polluants qui, liés à l'esthétique en respect du lieu d'implantation sont les seules solutions qui seront retenues dans un proche avenir, culbutant le barrage abusif d'un profit sectoriel qui ternit l'intelligence de notre siècle. Des modes de réalisation de l'invention seront décrits ci-aprèsi, & titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessin annexés dans lesquels s La figure I est une coupe axiale d'un système de récupération d'énergie éolienne et solaire dans si version-X plus simple, La figure 2 est une coupe selon A-A de la figure 1, permettant de mettre en relief le mécanisme d-'a:t::culation- et d'équilibrage des pales, La figure 3 est une sue en perspective d'un mode préféré de réalisation de l'invention, La figure 4 est une coupe axiale du système représenté figure 3, Les figures 5 et 6 représentent, en coupe longitudinale et en coupe transversaLe,un dispositif servant à 'swto-equilibre des couples de pales, La figure 7 représente en coupe transversale un mode de reali- sation d'un dispositif d'auto-équilibrage des couples de pales, La figure 8 représente en perspective schématique, une pale équipée d'une série de miroirs pendulaires, La figure 9 représente partiellement, en perspective schema- tique, un disque ondulé permettant de focaliser les rayons lumineux sur des éléments récepteurs v La figure 10 est une coupe axiale schématique de l'ancrage de l'élément structural sur le fond sous-marin, avec le tube articulé pour le pompage de l'eau en profondeur, La figure 11 est une vue en perspective éclatée d'une articulation de l'ancrage représenté figure 10. Avec référence à la figure 1 le système pour la transformation des énergies solaires et éoliennes comprend un élément structural constitué par un disque 1 flottant à la surface de l'eau par l'intermédiaire d'une coque 2 de forme annulaire coaxiale au disque 1. Au centre du disque est disposée une génératrice dont le stator 3 et son multiplicateur 4' est solidaire du disque 1, tandis que le rotor 4 est maintenu fixement en rotation au moyen d'un élément de liaison qui peut par exemple etre réalisé à l'aide de plusieurs tiges 5 reliées entre elles par des joints de cardan 6. A la partie supérieure du disque est-articulée une série de pales radiales 7, telles que, par exemple, celle représentée figure 2* Ces pales 7 sont montées pivotantes sur des axes 8 horizontaux sensiblement radiaux, et son équilibrées par exemple par un contrepoids 9 dle manière à se disposer naturellement en position déployée, poition proche de la vezticale, comme représenté figure 2.Les pales 7 sont retenues dans un sens et dans cette position au moyen d'un dispositif amortisseur extensible, qui comprend un corps cylindrique D0, solidaire a son extrémité d'un galet 11 coulissant dans une gXissiSre 12 ménagée dans le disque et d'une tige 13 portant à l'intérieur du corps un piston 14 venant après une course déter minéeeporter contre un ressort de compression 15 retenu à l'intérieur dudit corps 10, la tige 13 étant articulée sur la pale, côté contreppoids 9. L'effet d'amortissement est dû au fait que le corps 10 estrrempli d'huile et que le piston 14 est muni de perçages ca libres. Ainsi,lorsque le vent souffle sur l'extrados de la pale 7, celle-ci s'efface en prenant une position quasi-horizontale. En fin de course le galet il du corps 10, de l'amortisseur vient en butée contre l'extrémité de la glissière 12 et il se produit donc un amortissement em fin de course. Par contre, si le vent souffle en direction de l'intrados doe la pale 7, la pale co.-nce tout dl abord, sous l'effet de son propre équilibrage,à reprendre sa position déployée, ce mouvement de pivotement étant ensuite amplifié sous L'effet du vent. Au cours de ce mouvement, le galet 11 se déplace et vient en butée. en fin de course au bout de la glissière 12. Il se produit un effet d'amortissesent, puis une légère compression du ressort, qui tend à équilibrer les efforts auxquels est soumise la pale 7. Dans le cas où il se produit des rafales de vent, du fait de la compression du ressort 15, la pale 7 aura tendance à se coucher au vent, ce qui permet ainsi d'éviter des ruptures de pale. Dans l'exemple représenté figures 3 et 4, l'élément structural 16 flotte sur l'eau de la façon représentée'figure 1 et comprend de la même façon une coque annulaire 17 supportant un disque 18, toutefois cet élément structural 16 comprend en outre une armature formée de poutres verticales 19 uniformément réparties à la périphérie du disque 18, qui supporte des bras radiaux 20 autour desquels pivotent des couples de pales (pales supérieures 21, pales inférieures 22).Comme représenté avec plus de détail sur la figure 5, les pales 21, 22 de chacun des couples de pales sont autoéquilibrées, c'est-a-dire sont reliées l'une à l'autre, par exemple au moyen du pignon 23, comme représenté figure 5 ou à l'aide d'un système de poulies 24 et de cable croisé 25 passant autour de ces poulies (figure 7), ou des tirants respectants les cosinus, de telle manière que le couple de pales 21, 22 s'ouvre spontanément en l'absence d'action extérieure et se referme sous l'effet du moindre courant d'air orienté vers l'extrados des pales 21 et 22. Comme représenté figure 6, le dispositif d'articulation des pales comprend un système amortisseur permettant à la pale 21 de ployer sons les rafales sans risquer de se détériorer. A cet effet l'axe d'articulation 27 de la pale 21, 22 est monté sur une-glissière 28 associée, d'un côté, à un ressort de compression 29. Le mouvement de rotation-de la pale 21 est limité du côté extrados par un amortisseur 31 articulé d'une part, sur la pale 21, et d'autre part, sur la structure 32 supportant la glis sière fixe' 28. Ainsi, en position déployée, le piston de l'amortisseur 31 arrive amorti en fin de course et maintient la pale 21 dans cette position. les lors, au cours d'une rafale, la pale 21 aura tendance & pivoter sur son axe d'articulation-33 sur l'amortisseur 31 en comprimant le ressort 29, de sorte qu'ainsi, elle se couche sous le vent avec un minimum de prise & celui-ci. Les pales 21,22 peuvent, comme représenté figure 8, comprendre une armature légère 34 supportant une enveloppe transparente 35 par exemple en fluorides polyvinyl. A l'intérieur de cette enveloppe 35 et sur chacun des montants de l'armature 34 sont-montés des miroirs pendulaires libres 36 conformés de telle sorte qu'ils réfléchissent toujours les rayons lumineux vers le bas, c'est- & dire vers le disque inférieur 18. Le disque inférieur 18 supporte, quant à lui, l'insolateur ou par exemple, à sa partie supérieure, un disque réfléchissant 37 comprenant une succession d'ondulations radiales 38 dont la coupe transversale est de forme parabolique. Le disque 37 est prévu pour recevoir d'une part directement les rayons lumineux émis par le soleil, et d'autre part les rayons lumineux réfléchis par les miroirs pendulaires 36 et pour les focaliser sur des éléments de réception 39, sous forme de barreaux qui, selon leur nature, transforment énergie solaire en énergie calorifique ou en énergie électrique. Pour permettre le pompage de l1 eau en profondeur on peut, comme représenté figures 10 et 11, associer à la tige d'ancrage formée de tronçons 40 articulEs par des Joints de cardan 41, une tubulure 42 coaxiale audit tronçon 40 et articulée par des Joints à rotule 43, les tiges deancrage étant reliées aux tubulures par des croisillons. Ainsi 11 invention résout le problème délicat de la résistance des tubulures aux contraintes exercées d'une part, par l'élément sutructural, et, d'autre part, par les courants marins. Bien entendu 11 invention ne se limite pas au système précé- demment décrit en regard des figures L élément structural pourrait en effet rouler sur le sol au lieu de flotter sur veau, par exemple à laide de moyens de roulement classiques. I1 pourrait également, dans les zones gla fières, glisser sur la glace au moyen de patins. Dans le cas où le système est installé sur le sol il peut combiner les effets des énergies éoliennes,: solaires, ainsi que de l'énergie géothermique, et ce, par circulation dcun fluide dans les couches géologiques chaudes de la croûte terrestre, cette circulation dotant produite par pompage doune façon analogue à celle précédemment décrite pour les fonds sous-marins. on notera qucil est également possible de conjuguer les effets du système selon ltinvention avec ceux dcune turbine à courant moteur de structure similaire à l'élément structural précédemment décrit, que ce soit par couplage hydraulique, mécanique, électrique ou de toute autre nature. R E V É N D I C-A T I O N S 1) Système permettant de transformer les effets de l'énergie éolienne en une énergie directement utilisable, caractérisé en ce qu'il fait intervenir un élément structural monté rotatif par rapport au sol autour d'un axe central vertical ou imaginaire cette structure comprenant - au moins quatre paires de pales articulées, diamétralement opposées par rapport à l'axe de rotation de ladite structure, les deux pales d'une même paire étant reliées mécaniquement de manière & obtenir un auto-équilibrage, de manière A ce que la pale supérieure tende naturellement à se déployer vers le haut, tandis que la pale inférieure tende a se déployer vers le bas, et ce, de telle manière qu'un faible courant d'air orienté dans le sens inverse de la rotation du couple de pales suffise & les ramener en position effacée, - des moyens de butée, avec éventuellement amortissement, pour limiter dans un sens la rotation des pales en ladite position déployée, et des limiteurs d'effort. 2) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément structural est conçu pour flotter à la surface de liteau, par exemple au moyen d'une coque périphérique annulaire coaxiale audit élément structural. 3) Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit élément structural est retenu au moyen d'un élément de liaison, fixé sur le fond sous-marin et maintenant fixement en rotation l'axe central dudit élément structural, de sorte qu'entre ledit axe central et ledit élément peut ëtre disposée une génératrice électrique. 4) Système permettant de transformer les effets de l'énergie éolienne en une énergie directement utilisable, caractérisé en ce qu'il fait intervenir un élément structural monté rotatif par rapport au sol autour d'un axe central vertical ou imaginaire, cette structure comprenant s - au moins quatre pales équilibrées ét indépendantes, diamétralement opposées par rapport à l'axe de rotation de ladite structure, - un dispositif d'articulation desdites pales sur ladite structure autour d'axes sensiblement radiaux et horizontaux, - des moyens d'équilibrage permettant auxdites pales de prendre naturellement une position déployée, proche de la verticale et qui puissent facilement prendre une position effacée proche de l'horizontale, sous l'effet du vent, - des moyens de butée avec éventuellement amortissement, pour limiter dans un sens la rotation des pales en ladite position déployée, et des limiteurs d'efforts, - des moyens permettant de transformer l'énergie mécanique (rotation par rapport au sol) produite par le système en vue d'une utilisation spécifique. 5) Système permettant de combiner les effets de l'énergie éolienne et de l'énergie solaire, en vue de leur transformation en une énergie directement utilisable, caractérisé en ce que les susdites pales sont conformées de manière à réfléchir le rayonnement solaire et éventuellement le focaliser sur des éléments récepteurs situés sur le susdit élément structural et qui permettent la transformation de l'énergie solaire en une énergie, par exemple calorifique ou électrique, directement utilisable. 6) Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que, pour permettre de focaliser les rayons lumineux sur les susdits éléments récepteurs tout en tenant compte des changements d'état des pales (déployées, effacées) et les pales peuvent comprendre, maintenue par une ossature légère rigide, une enveloppe transparente, & l'intérieur de laquelle est disposée une pluralité de miroirs pendulaires libres dont l'orientation naturelle est prévue pour qu'ils réfléchissent tous les rayons lumineux, vers une direction déterminée, par exemple vers le bas, augmentant la captation de l'élément structural indépendamxent de la position du soleil est/ouest et azimutale basse. 7) Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément structural peut comprendre, dans sa partie inférieure, un disque réfléchissant comprenant une succession d'ondulations radiales de forme (en coupe transversale) parabolique, au foyer desquelles peuvent être disposés les éléments récepteurs (en forme d'éléments rayonnants), de sorte que le rayonnement lumineux orienté sur le disque réfléchissant soit focalisé sur les éléments rEcep- teurs. 8.- Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que lwélément structural peut comprendre, dans sa partie inférieure, un disque pouvant englober toute la gamme des capteurs plats ou à concentration. 9.- Système selon l'une des revendications 5, 6, 7 et 8, caractérisé en ce que énergie solaire est transformée en énergie calorifique, cette énergie calorifique pouvant réchauffer directement, ou par l'intermédiaire d'une pompe à chaleur, la source chaude d'un moteur thermique, ou, en reversible servir à la climatisation 10.- Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que la source froide du susdit moteur thermique est refroidie au moyen de 11 eau pompée en profondeur dans la mer, l'énergie mécanique engendrée par énergie éolienne pouvant servir au pompage de cette eau, et éventuellement, à ltentrainement d'un groupe motocompresseur dans le cas où l1on utilise une pompe à chaleur, ou, après transformation en énergie électrique, au réchauffement de la source chaude, dans les cas où l'énergie solaire fait défaut. 11.- Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que pour permettre le pompage de l'eau en profondeur, on associe à une tige dtancrage formée de tronçons articulés par des Joints de cardan, une tubulure coaxiale auxdits tronçons et articulé par des Joints à rotule, lesdits tronçons pouvant autre reliés à la tubulure par des croisillons.