Brevet FR2396178A1 — publié le 19790126

La présente invention concerne un appareil pour la conversion de l'énergie des ondes liquides, et en particulier des vagues des étendues d'eau telles que la mer ou les lacs L'appareil de conversion énergie d'ondes liquides selon l'invention comporte au moins deux plaques paralleles disposées d'une façon générale verticale l'une derrière l'autre dans une masse liquide, des organes flotteurs poussant ces plaques dans un sens vertical ascendant dans ce liquide, et des organes de pompage raccordés à des plaques contiguës, ces plaques étant disposées de façon essentiellement perpendiculaire au sens du mouvement des ondes dans le liquide de façon que le mouvement des ondes induise un mouvement relatif horizontal des plaques contiguës actionnant les organes de pompage De préférence, les organes de pompage comportent un orifice d'entrée du liquide dans lequel les plaques sont immergées Les organes de pompage peuvent comporter un dispositif à cylindres et pistons avec soupapes d'admission et.de sortie, à simple ou double effet . Les organes de pompage peuvent encore avoir la forme d'un soufflet souple monté entre les plaques Dans un mode de réalisation de l'invention, les deux plaques sont écartées l'une de l'autre de la longueur d'une demi-onde Un autre mode de réalisation de l'invention comporte trois plaques, à savoir deux plaques arrière fixes l'une par rapport à l'autre et écartées horizontalement l'une de l'autre de la longueur d'une demi-onde, et une plaque avant mobile de part et d'autre d'une position moyenne éloignée d'un quart de longueur d'onde de la plaque arrière la plus rapprochée Un mode de réalisation de l'invention utilisant un soufflet souple comporte au moins deux plaques disposées de façon générale verticale dans une masse liquide, des organes flotteurs maintenant le sommet des plaques à niveau ou au dessus de la surface liquide, au moins un soufflet s'étendant entre la paire ou chaque paire de plaques, et au moins deux soupapes de retenue associées à chaque souffle'et ne laissant passer le courant liquide dans ce dernier que dans un seul sens, le dispositif étant tel que, pendant son fonctionnement, le mouvement ondulatoire du liquide induit un mouvement relatif d'aller et retour entre chaque paire de plaques de façon à pomper un fluide par le soufflet . De préférence, le fluide pompé sera le liquide dans lequel l'appareil est placé De préférence, chaque plaque comporte au moins un évidement dans lequel est montée une soupape de retenue et, de préférence, chaque soufflet fait communiquer ensemble une paire de tels évide ment s correspondants dans des plaques contiguës Le dispositli' peut comporter une pluralité de plaques disposées parallèlement les unes aux autres, chaque plaque pouvant comporter deux ou plus de deux évidements de ce genre auxquels seront raccordés deux ou plus de deux soufflets de part et d'autre de la plaque De préférence, la première plaque dans le sens de mouvement des ondes est ancrée de façon à ne pas restreindre le mouvement de va-et-vient de la plaque De préférence, chaque plaque est portée par un flotteur fixé à elle à environ un cinquième de sa profondeur Le liquide (presque invariablement de liteau) pourra être refoulé dans un bassin supérieur pour être utilisé ultérieurement ou em ployé directement, par exemple à l'entrainement d'une turbine pouvant servir à mettre en mouvement un générateur de courant électrique L'amarrage du dispositif par rapport au liquide dans lequel il est immergé pourra être de nature à emp8cher un mouvement vertical relatif éventuel des plaques contiguës . Mais dans certains modes de réalisation de l'invention-, les organes d'amarrage des tinbs à empêcher un tel.mouvement pourraient titre anormalement compliqués . C'est en particulier le cas lorsque l'appareil est immerge dans l'eau de mer et, dans ce cas, les organes d'amarrage seront de préférence du type compensant automatiquement l'eS- fet du flux et du reflux .Lorsqu'il se produit un mouvement vertical relatif important, il peut être avantageux de le con vertir- en énergie venant s'ajouter à celle obtenue du mouvement longitudinal . La conversion pourra se faire au moyen de pompes à cylindres fixés à une structure fixe (telle que des chaînes d'amarrage) et pistons actionnés par le mouvement vertical des plaques, ou inversement .Les organes de pompage pourront encore être fixés à des plaques contiguës de façon R & re actionnés par le mouvement vertical ou horizontal relatif de ces dernières, ou par les deux mouvements 'invention est décrite ci-après en détail en se référant à quelques exemples préférés, non limitatifs, de réalisation représentés sur les dessins annexés dans lesquels - la figure t est une vue de caté d'un mode de réalisation de l'invention utilisant deux plaques ;; - la figure 2 est une vue de c8té.d'un mode de réalisation de l'invention utilisant trois plaques - la figure 3 est une série de courbes représentant les forces agissant sur les plaques du dispositif de la figure 2 lors qu'une onde les franchit - la figure 4 est une vue de c8té montrant un procédé d'accou plement deldeux plaques - la figure 5 est une vue de dessus d'un mode de réalisation de l'invention utilisant des soufflets - la figure 6 est une vue de cSté du dispositif de la figure 5 - lesfigures 7, 8 et 9 sont des vues de dessus de divers autres modes de réalisation de l'invention ; et - la figure 10 est une vue de ctté d'un mode de réalisation de l'invention destiné à la conversion tant des mouvements ver ticaux que des mouvements horizontaux des ondes L1appareil de conversion d'énergie provenant d'ondes liquides représenté à la figure 1 comporte une plaque amont 10 (entrant la première en contact avec une onde), et une plaque aval 11, chaque plaque ayant une extrémité maintenue à la surface d'un liquide 12 par un flotteur 13 et étant maintenue dans une position essentiellement verticale par son flotteur 13 et par un ballast 14 .Le cylindre 15 d'une pompe à double action est fixé à la plaque aval Il ; ce cylindre possède des soupapes d'admissior 1 6 s ' ouvrant au liquide 12 et des soupapes de sortie 17 raccordées à un tube de refoulement 18 . Un piston de pompe 19 est accouplé, par une bielle motrice 20, à la plaque amont 10 . Des å joints flexibles 21 permettent un certain mouve- ment vertical relatif entre les plaques 10 et Il . De préférence, le dispositif dispose des moyens de faire varier l'intervalle séparant les plaques 10 et 11 ; pour plus de clarté, ces moyens ne sont pas représentés mais il pourront consister, par exemple, en une bielle motrice télescopique 20 et des organes permettant d'en modifier la longueur Pour fonctionner, Il appareil est placé dans un liquide 12 sujet à un mouvement ondulatoire, de façon que les plaques 10 et Il soient perpendiculaires au sens de mouvement des ondes . La distance séparant les plaques 10 et il est réglée de façon à correspondre à la moitié d'une longueur d'onde Lorsque les ondes franchissent les plaques 10 et Il lé mouvement horizontal du liquide induit un mouvement horizontal relatif de ces plaques déplaçant alternativement le piston 19 dans le cylindre 15 et produisant le refoulement du liquide 12 dans le tube de refoulement 18 . Le liquide peut Btre refoulé à un niveau plus élevé ou titre utilisé directement, par exemple pour entraîner une turbine On voit que l'action de pompage du liquide 12 inhibera le mouvement relBtif de la plaque et l'on doit prévoir des dispositifs (non représentés), par exemple dans le tube de refoulement 18, pour régler la pression de sortie afin d'obtenir un débit rai sonnable Lorsque l'appareil de la figure I fonctionne à une pression infiniment élevée, correspondant à une disposition dans laquelle les plaques 10 et 11 sont maintenues rigidement, espacées l'une de autre de la longueur d'une demi-onde, chaque onde incidente est presque totalement réfléchie et l'énergie franchissant les plaques est presque nulle .La figure 2 représente un appareil utilisant ce fait : les plaques 110 et 1t1, munies de flotteurs 113 et de ballasts 114, sont maintenues espacées l'une de l'autre de la longueur d'une demi-onde par des tirants 130 dont les joints flexibles 121 permettent un certain mouvement vertical En- amont de la plaque 110 est disposée une plaque 131, munie d'un flotteur 113 et d'un ballast 114, et pouvant se déplacer, par rapport à la plaque 110, de part et d'autre d'une position moyenne située un quart de longueur onde en avant de la plaque 110 .La plaque 131 est accouplée, par une bielle motrice de pompe 120 (munie de joints flexibles 121), au piston (non représenté) d'une pompe 115 dont la construction et le mode de fonctionnement sont identiques à ceux de la pompe de la figure 1 De préférence, les tirants 130 et la bielle 120 seront du type télescopique (non représenté) poudpermettre de régler les distances séparant les plaques 131, 110 et 111 les unes des autres L'appareil représenté à la figure 2 fonctionne, grosso modo, comme celui représenté à la figure 1 . Mais, comme le montre la figure 3, du fait que les plaques 110 et 111 sont rigidement maintenues espacées l'une de l'autre de la longueur d'une demionde, les forces des ondes s'exerçant sur elles sont toujours égales et opposées et, de ce fait, aucune d'elles ne se déplace horizontalement , Toute onde franchissant la plaque 191 est totalement réfléchie par la plaque 110 et une onde permanente est engendrée entre les plaques 191 et 110 . Dans sa position à un quart de longueur d'onde en avant de la plaque 110, la plaque 131 est à un antinode pour le mouvement horizontal des particules liquides, et le liquide situé entre les plaques 131 et 110 ne présente que très peu de résistance au mouvement de la plaque 131 .Un réglage approprié de la pression de sortie de la pompe permet de convertir en énergie utile une grande partie de l'énergi ondulatoire totale . De préférence, la pression de sortie est rendue proportionnelle à la vitesse de la plaque 131 de sorte que la résistance au mouvement de la plaque 131 , imposée par la pompe, est également proportionnelle à la vitesse Ce but peut titre atteint au moyen dlamplificateurs hydrauliques et d'appareils de commutation installés dans le tube de refou liement Bien que les exemples des figures 1 et 2 ne fassent état que d'une seule pompe, on comprendra qu'en pratique, plusieurs pompes seront placées entre les paires de plaques 10 et 11 ou 131 et 110 . Le mouvement relatif des plaques ne doit pas nécessairement être strictement horizontal . C'est ainsi que, dans un procédé de maintien de l'espacement moyen entre plaques contiguës, représenté à la figure 4, une console 50, fixée à la base d'une plaque 10, est accouplée, par un tirant 51 et des joints fle i- bles 21, à îqpartîe supérieure d'une plaque Il . La plaque 10 oscillera donc autour d'un point C, point de rencontre des prolongements des axes longitudinaux de la plaque 10 et du tirant 50 . Une plaque 131, telle que celle de l'appareil de la figure 2, pourra être accouplée à la plaque 110 de la mme manière Les plaques 10, 11, 131, 110 seront accouplées à la pompe comme on l'a décrit précédemment .Cette disposition permet un certain réglage de l'espace séparant les plaques pour s'adapter aux variations de longueur des ondes, en réglant la flottabilité des flotteurs 13 ou 113 ou le poids des ballasts 14 ou 114 Les exemples de réalisation de l'invention décrits ci-après sont basés sur la supposition que l'appareil. est installé dans la mer D'appareil 210, représenté aux figures 5 et 6, comporte une série de plaques parallèles 211 orientées plus ou moins verticalement et parallèles aux ondes (c'est à dire parallèles aux fronts des ondes) . Chaque plaque 211 est portée par un flotteur 212 fixé à elle de façon que la plus grande partie de la plaque soit ån- mergée, un cinquième environ de la plaque étant émergé . Chaque plaque comporte une pluralité de trous ou évidements (deux sur les dessins) munis de soupapes de retenue 214 de façon que l'eau puisse les traverser dans un sens mais pas dans I1 autre Les soupapes de retenue peuvent etre de simples soupapes à clapet, comme représenté, ou de tout autre type approprié . De part et d'autre de chaque soupape 214 est raccordé un soufflet souple et extensible 215 qui est joint aux évidements correspondants des plaques contiguës 5 de préférence, les soufflets sont immergés, en dessous de la surface de l'eau, d'une profondeur égale à la hauteur des ondes . Ltappareil ainsi constitué comporte plusieurs plaques parallèles réunies par plusieurs lignes de soufflets raccordés en série . Il s1 étend parallèlement aux ondes sur une distance égale à plusieurs longueurs d'onde (sens des flèches 219 sur la figure 5), et perpendiculairement aux ondes sur une distance égale à une ou plusieurs longueurs d'onde (sens des flèches 218 sur la même figure 5) . L'appareil est ancré par les ombles 217 fixés à la plaque extrême du caté du large avec un jeu suffisant pour permettre à la plaque de suivre le mouvement des ondes, indiqué par les flèches 218 .Les câbles d'ancrage 217 peuvent être fixés en un point unique au fond de la mer et comporter des organes per mettant à:' l'appareil de s'aligner automatiquement sur le sens de déplacement des ondes L'appareil fonctionne comme suit s les ondes engendrent un mouvement alternatif, plus ou moins horizontal, des plaques 211 provoquant l'expansion et la compression alternées des soufflets 215 . L'eau pénètre donc dans chaque ligne de soufflets saune extrémité et est refoulée jusqu'à l'autre extrémité en franchissant les soupapes de retenue . Elle pénètre alors dans un tuyau flexible 220 et sert à produire un travail utile, soit à terre, soit sur ur 3utre appareil fixe ou flottant .Le diamètre du tuyau 220 est choisi de façon à réduire les pertes d'énergie de l'eau le parcourant, et ce tuyau est disposé de façon à ne pas restreindre la liberté de mouvement de la plaque à laquelle il est fixé La vitesse de l'eau à la sortie de chaque ligne de soufflets est approximativement égale à la moitié de la vitesse horizontale de crête des particules des ondes .La pression de l'eau à la sortie est un multiple élevé de la pression dynamique des ondes, approximativement dans le rapport de la demi-superficie d'une plaque à la surface totale de la section droite des soufflets qui lui sont raccordés . il en résulte que l'eau peut être refoulée à des hauteurs égales à plusieurs fois la hauteur des ondes et qu'une fraction substantielle de la puissance des ondes est transformée en énergie hydraulique sous forme de courant d'eau dans les tuyaux Les figures 7, 8 et 9 représentent d'autres possibilités de réalisation de1 l'appareil de conversion d'énergie selon l'invention . , Deux plaques peuvent être accouplées-ensemble comme le représente la figure 7 .Des tirants 221, joints par une liaison flexible à une plaque avant 212, passent par les trous 222 d'une plaque arrière 212' et entrassent les petites plaques 223 . Alors que les soufflets 215 pompent l'eau lorsque les plaques avant et arrière sle rapprochent, les soufflets 224 pompent l'eau lorsque ces plaques s'éloignent les unes des autres . Cette double action de pompage augmente le rendement du dispositif Des vides peuvent être ménagés entre une série de plaques avant 212, comme le montre la figure 8, de façon que les ondes puissent parvenir sans encombre aux plaques arrière 212 t v Dans ce cas, les soufflets simples 225 peuvent être remplacés par le dispositif 226 représenté sur la figure 9 .Des tirants 227 sont accouplés ensemble par des joints à goupille ou des joints de cardan et fixés aux plaques selon une forme en losange dont les soufflets forment les diagonales de sorte que, lorsque les plaques se rapprochent, les deux soufflets 228 sont comprimés et que, lorsque ces plaques s'éloignent, ce sont les deux soufflets 229 qui sont comprimés . L'eau se trouve refoulée dans le tube de refoulement 231 dans le sens indiqué par les flèches 230 . On obtient ainsi une action de pompage à double effet . Bien entendu, dans les modes de réalisation des figures 7, 8 et 9, comme dans ceux des figures 5 et 6, des soupapes de retenue appropriées sont disposées à chaque extrémité de chacun des soufflets . Le nombre de plaques du dispositif, la profondeur de chacune d'elles, et leur espacement, peuvent notre réglés de façon à atteindre un rendement optimal . est ainsi que, dans l'appa- reil représenté aux figures 5 et 7, les plaques verticales pourront être proches les unes des autres, mais la profondeur des plaques en dessous de la surface du liquide pourra entre, grosso modo, égale à la longueur d'onde des vagues divisée par 6,28 pour obtenir un rendement optimal . Dans l'appareil représenté aux figures 8 et 9, l'espacement des plaques dans le sens de propagation des ondes pourra être égal à une demi-longueur d'onde pour arriver au meilleur rendement .En particulier, à mesure que les ondes sont absorbées, leur amplitude diminue de l'extré- mité du dispositif tournée vers le large à celle tournée vers la terre . Pour arriver à la meilleure concordance possible, le diamètre des soufflets pourra croitre graduellement en direction de l'extrémité tournée vers la terre de façon que la vitesse de l'eau dans les soufflets décroisse progressivement pour concorder avec. la vitesse décroissante des particules externes des ondes . ..Les dimensions des plaques pourront également crotte en direction de l'extrémité tournée vers la terre Chaque plaque pourra être plane, comme représenté sur les figures, ou creuse pour pouvoir accumuler l'eau .Dans ce cas, les soufflets aboutissant à ces plaques et ceux en partant pourront être décalées les uns par rapport aux autres L'appareil pourra être maintenu aligné par réglage de dispositifs d'amarrage . On pourra encore utiliser l'énergie hydraulique développée par L'appareil pour orienter ce dernier ou m8me pour le déplacer dans la. masse liquide Bien que les modes de réalisation de l'invention représentés et décrits comportent des flotteurs 13, 113, 212 affleurant la surface liquide, cette disposition n'est pas indispensable et ces flotteurs peuvent titre disposés de façon à se trouver en dessous de cette surface par réglage de leur flottabilité, le poids du ballast ou la forme des organes d'amarrage . I1 en résultera une certaine perte de l'énergie potentielle des ondes (fonction de la profondeur d'immersion des flotteurs) mais une réduction du risque d'endommagement de l'appareil par d'autres causes (telles que des coups de vent) que les vagues Dans beaucoup de modes de réalisation de l'invention, les plaques sont animées d'un certain mouvement vertical accompagnant leur mouvement horizontal . Lorsque ce mouvement vertical est important, il peut y avoir avantage à le convertir en énergie qui s'ajoutera à celle obtenue du mouvement longitudinal . Cette conversion pourra se faire par des pompes dont les cylindres seront fixés à des éléments fixes (tels que les chaines d'amar- rage) et les pistons actionnés par le mouvement des plaques, ou inversement La figure 10 montre un mode de réalisation particulier de l1in- vention destiné à tirer complètement parti des mouvements relatifs, verticaux et horizontaux, de plaques contigus . Ce mode de réalisation est analogue à celui de la figure 2 .Une plaque 331 est accouplée, par une console 350 et par le tirant 351 à une paire de plaques 110 et 111, espacées l'une de l'autre de la longueur d'une demi-onde tandis que la plaque 331 peut se déplacer de part et d'autre d'une position moyenne situe à un quart de longueur d'onde en avant de la plaque 110 . Deux pompes 315a et 315b sont fixées, inclinées sur l'horizontale, l'une à la partie supérieure et l'autre à la partie inférieure de la plaque 510 . Des pistons (non représentés) sont joints à des bielles 320a et 320b, respectivement, fixées à un point de montage commun 540 sur la plaque 331 . Lorsque l'appareil fonctionne, la plaque 331 se déplace, par rapport aux plaques 110 et 111, tant sous l'action des mouvements verticaux que des mouvements horizontaux de l'onde qui la franchit et les pompes 315a et 315b sont actionnées par les bielles 320a et 320b . REVENDICATIONS 1. Appareil de conversion d'énergie d'ondes liquides, caractéri sé en ce qu'il comporte au moins deux plaques parallèles dis posées d'une façon générale verticale l'une derrière l'autre dans une masse liquide, des organes flotteurs poussant ces plaques dans un sens vertical ascendant dans ce liquide, et des organes de pompage raccordés à des plaques contiguës, ces plaques étant disposées de façon essentiellement perpen diculaire au sens du mouvement des ondes dans le liquide de façon que le mouvement des ondes induise un mouvement relatif horizontal des plaques contiguës actionnant les organes de pompage 2. Appareil selon la Revendication 1, caractérisé en ce que les plaques sont espacées les unes des autres de la longueur d'une demi-onde 3.Appareil de conversion d'énergie d'ondes liquides, caractéri sé en ce qutil comporte trois plaques disposées d'une façon générale verticale, à savoir deux plaques arrière fixes l'une par rapport à l'autre et espacées horizontalement l'une de autre de la longueur d'une demi-onde, et une plaque avant mobile -de part et d'autre d'une position moyenne eloignée d'un quart de longueur d'onde de la plaque arrière la plus rapprochée, des organes flotteurs poussant ces plaques dans un sens vertical ascendant dans ce liquide, et des organes de pompage raccordés à la plaque avant et aux plaques arrière, ces plaques étant disposées de façon essentiellement perpen diculaire au sens du mouvement des ondes dans le liquide de façon que le mouvement des ondes induise un mouvement hori zonal de la plaque avant par rapport aux plaques arrière actionnant les organes de pompage 4. Appareil selon une quelconque des Revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les organes de pompage comportent un orifice d'entrée du liquide dans lequel les plaques sont im mergées 5. Appareil selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que les organes de pompage comportent un dispositif à cylindres et pistons avec soupapes d'admission et de sortie 6.Appareil selon la Revendicstion 5, caractérisé en ce que les organe s de pompage son-t:.à double action 7. Appareil selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que la plaque avant est accouplée à la plaque contiguë' par un tirant st.etendant d'uno console située à la base de la plaque avant jusqu'à la partie supé rieure de la plaque contiguë q 8.Appareil de conversion d'énergie d'ondes liquides, caractéri sé.en ce qu'il comporte au moins deux plaques disposées d'une façon générale verticale dans une masse liquide, des organes flotteurs maintenant la partie supérieure des plaques à niveau ou au dessus de la surface liquide, au moins un soufflet s'é tendant entre la paire ou chaque paire de plaques, et au moins deux soupapes de retenue associées à chaque soufflet et ne laissant passer le courant de liquide dans ce dernier que dans un seul sens, le dispositif étant tel que, pendant son fonc tionnement, le mouvement ondulatoire du liquide induit un mou vement relatif d'aller et retour entre chaque paire de plaques de façon à pomper un fluide par le soufflet 9. Appareil selon la Revendication 9, caractérisé en ce que le fluide pompé est le liquide dans lequel 'appareil est placé . 10. Appareil selon une quelconque des Revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que chaque plaque comporte au moins un évidement dans lequel est logée une soupape de retenue Il. Appareil selon la Revendication 10, caractérisé en ce qu'un soufflet fait communiquer ensemble une paire d'évidements correspondants dans des plaques contiguës 12. Appareil selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou 11, caractérisé en ce que la première plaque dans le sens de cheminement des ondes est ancrée de façon à ne pas restreindre le mouvement de va-et-vient de la plaque 13.Appareil selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, t1 ou 12, caractérisé en ce que chaque plaque est portée par un flotteur fixé à elle à environ un cinquième de sa profondeur 14. Appareil selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 ou 13, caractérisé en ce qu'il com porte des organes de conversion du mouvement vertical relatif de plaques contiguës en énergie 15.Appareil selon la Revendication 3, caractérisé en ce que la plaque avant est accouplée à la plaque arrière contiguë de façon à pouvoir également se déplacer verticalement par rap port à cette dernière en réponse à un mouvement vertical des ondes, les organes de pompage étant disposés de façon à con vertir en énergie tant le mouvement relatif vertical que le mouvement relatif horizontal 16. Appareil selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,. 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 ou 15, caractérisé en ce que l'énergie est convertie en énergie potentielle par refou lement du liquide dans un bassin supérieur 17. Appareil selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 ou 15, caractérisé en ce que l'énergie est convertie à l'entraRnement dtune turbine 18. Appareil selon une quelconque des Revendications 1, 2, 9, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 2, 13, 14, 15, 16 ou 17, caractérisé en ce qu'une partie de l'énergie est-eonvertie en moyens de déplacement de l'appareil .