Brevet FR2403421A1 — publié le 19790413

La présente invention concerne un procédé de captage et de stockage de l'énergie hydraulique aux bords de mers avec la coopération éventuelle des fleuves côtiers pour alimenter des usines hydroélectriques. L'usine marémotrice française de la Rance a prouvé la possibilité d'utiliser les marées à l'aide de digues servant de barrage hydroélectrique. Le barrage érigé sur l'estuaire de la Rance est équipé de turbo-alternateurs "Bulbe" perettaat une production d'énergie électrique grEce au flux et au reflux. Nais telle qu'elle est conçue cette usine marémotrice ne peut pas produire en permanence de l'électricité et ne peut pas stocker de l'énergie. Un premier but de l'invention est de remplacer les moments improductifs par des périodes égales productrices d'énergie sans avoir recours à une centrale fonctionnant au charbon, aux hydrocarbures, ou tout moyen autre que l'énergie marémotrice. Un second but de l'invention est d'obtenir une déni- velée maximale afin d'avoir un rendement énergétique optimum. Un autre but de l'invention est de fournir des moyens de stockage de l'énergie excédentaire résultant du captage effectué grâce à des digues servant de réservoirs de fluides comprimés ce qui permet de réaliser des usines marémotrices n'ayant qu'un seul bassin. Selon la première caractéristique fondamentale de l'invention, le nouveau procédé de captage de l'énergie hydraulique au b"rd de mers comporte au moins deux bassins séparés par un barrage médian permettant de faire chuter l'eau du bassin amont dans le bassin aval qui a pnur fonction essentielle d'isoler son plan d'eau du flux et du reflux afin d'obtenir une grande. dénivelée entre le bassin amont et le bassin aval ou entre le bassin amont et la surface de la mer. Le barrage médian peut outre équipé de turbo-alternateurs ainsi que la digue du bassin amont et la digue du bassin aval. L'usine peut aussi être équipée de sas, de vannes, d'écluses, de quais et servir de ponts Selon la deuxième caractéristique fondamentale de l'invention on peut aménager les dignes de l'usine qui délimitent le ou les bassins de façon à mettre en réserve à l'intérieur des digues de gigantesques quantités d'énergie sous forme de fluides comprimés tels que air, eau, grâce à l'énergie excédetaire produite à certains moments et qui peut Titre utilise selon les besoins, car elle peut autre transformée en électricité. Cette caractéristique permet de réaliser des usines à plusieurs bassins et mime à un seul basin similaire à celui de la Rance. Le procédé permettant de réaliser des usines ayant des caractéristiques différentes, il est évident que le principe fondamental de fonctionnement sera adapté à chaque cas, voire transformé. Pour une usine à un seul bassin le fonctionnement pourra être similaire à celui de l'usine de la Rancie, mais la rEser- ve d'énergie contenue dans la digue évitera d'avoir recours à une autre usine lorsque la production d'électricité sera irsuffisante ou nulle, lors des changements de sens de la marée. Pour une usine à deux bassins le principe fondamental de fonctionnement consiste à remplir d'eau le bassin amont pendant l'étale à marée haute ce qui actionne des turbo-alternateurs. Puis lorsque la mer baisse (période de reflux) l'eau du bassin amont chute dans le bassin aval en actionnant des turboalternateurs situés par exemple, dans le barrage médian. Pendant l'étale de basse mer, l'eau du bassin aval est vidangée ; cette vidange actionne des turbo-alternateurs. Lorsque la mer remonte (période de flux) le bassin aval est isolé de la mer et il reçoit de l'eau du bassin amont qui, en chutant actionne lestirbo-alternateurs situés par exemple dans le barrage médian. Les turbo-alternateurs sont mis en fonctionnement ou arrentés et les bassins sont ouverts ou fermés aux moments opportuns grâce à des vannes classiques ou des sas. L'énergie excédentaire peut entre emmagasinée dans les digues. Le procédé objet du brevet, permet d'utiliser diverses combinaisons ou solutions, de fonctionnement d'usine selon le site d'implantation. Suivant une première solution le bassin amont n'est jamais complètement vidé de son eau qu'il peut recevoir de la mer et de cours d'eau. Pendant l'étale de la haute mer les turboalternateurs du bassin amont (A) fonctionnent lors du remplissage de ce bassin puis sont arrttes. Avant qu'ils soient arrêtes et aussi lorsque la mer commence à descendre (reflux)- l'eau de mer pénètre dans le bassin aval (B) en actionnant les turbo-alternateurs (genre bulbe) qui équipent ce bassin aval. Ce fonctionnement est de courte durée car il y a inté rtt à faire fonctionner au plus tat les turbo-alternateurs du barrage médian (M) qui sont arrêtés à leur tour lorsque le niveau de l'eau du bassin aval (B) est identique à celui de la mer, qui continue à baisser; A ce moment l'eau du bassin amont (A) est déversée à la mer directement en faisant fonctionner les turbo-alternateurs de ce bassin amont (A) qui sont arrentés au début de la période d'étale de la basse mer, car à ce moment là le bassin aval (B) est vidangé, ce qui fait fonctionner ses turbo-alternateurs. Avant la fin de cette vidange et lorsque la mer commence à monter (flux) le bassin amont (A) déverse de l'eau directement à la mer en faisant fonctionner ses turbo-alternateurs, puis ils sont arrêtés, A partir de ce moment les turbo-alternateurs du barrage médian (M) fonctionnent jusqu'à la période d'étale de la haute mer, c'est à dire Jusqu'au début du remplissage du bassin amont (A). Suivant une deuxième solution, le bassin amont (A) a un fonctionnement inspiré par celui de l'usine de la Rance utilisant le flux et le reflux, mais grace au bassin aval (B) la production hydro-énergétique est permanente, ce qui évite d'avoir recours à une autre centrale électrique (fonctionnant au charbon par exemple) ou à la réserve d'énergie emmagasinée dans les-digues, pendant les périodes où l'on attend que la dénivelée entre le bassin amont (A) et la mer soit suffisanirnent importante après chaque étale de la mer haute et de la mer basse. Cette deuxième solution ne parait intéressante que sur les sites de fort marnage, tel que le iite de la baie de la Somme en France où la mer monte assez haut (voir la figure 2). Avant la fin de la période d'étale de la haute mer,l'eau de la mer chute dans le petit bassin aval (b) qui était vidé au maximum. L'eau de la mer qui tombe dans ce bassin aval (b) avec une très grande dénivelée produit de l'électricité en actionnant les turbo-alternateurs de ce petit bassin aval (b) qui continuent à fonctionner lorsque la mer commence à descendre. Bien avant que le. niveau de la mer et le niveau de l'eau du petit bassin aval (b) soient identiques on stoppe la chute de l'eau provenant du caté de la mer et lton termine le remplissage de ce petit bassin aval (b) en faisant chuter de l'eau provenant du bassin amont (a) qui actionne aussi des turbo-alternateurs. Ainsi lorsque la dénivelée est suffisante entre la mer 6 le grand bassin amont (a) l'eau de ce bassin (a) est déversée à la mer et actionne ses turbo-alternateurs. Avant la fin de la période d'étale de la basse mer, l'eau du petit bassin aval (b) chute dans la mer en produisant de l'électricité grace à ses turbo-alternateurs qui continuent à tonctionner lorsque la mer commence à monter (flux). Bien avant que le niwau de la mer et le niveau de l'eau du petit bassin aval (b) soient identiques on stoppe la chute de l'eau qui provient de ce petit bassin aval (b), et au lieu que cette eau se déverse à la mer on la fait chuter dans le grand bassin amont (a) afin de vidanger au maximum le petit bassin aval (b). Puis l'eau de la mer (flux) pénètre dans le grand bassin amont (a) en actionnant ses turbo-alternateurs. Suivant une troisième solution, deux barrages peuvent abriter du flux marin une embourhure de fleuve. Dans ce cas, le bassin amont (A) n' est pas alimenté par liteau de la mer mais uniquement par un ou plusieurs cours d' eau. La figure 33 du dessin annexé illustrant cette solution représente un barrage (F) retenant l'eau du fleuve Shannon (en République d'Irlande, Eire) comme un barrage classique de plaine et équipé de turbo-alternateurs. Un second barrage (G) situé plus près de la mer abrite le cours d'eau de la marée, en période normale, permettant dtobte- nir une dénivelée très intéressante au barrage amont. Le barrage aval (G) peut aussi etre équipé de turbo-alternateurs fonctionnant lors de la vidange du bassin aval (B) pendant l'étale de la basse mer ou méme avant l'étale en période de crue. En période normale, pendant cette vidange l'eau du bassin amont (A) ne chute pas dans le bassin aval (B ). En période de sécheresse, lorsque le débit du fleuve est faible le fonctionnement des barrages est différent. On utilise la marée montante qui pénètre dans le bassin aval (B) en actionnant les turbo-alternateurs du barrage (G). Pendant ce temps le veau de l'eau du bassin amont (A) monte vers la cote maximale car le barrage (F) est fermé. En attendant que la dénivelée soit suffisamment importante pour effectuer la vidange du bassin aval (B) on fait chuter de l'eau du bassin amont (A) dans le bassin aval (B). Le fonctionnement des barrages doit donc varier suivant les circonstances, tout en étant complété par la réserve d'énergie. Aux trois solutions précitées on peut ajouter des va riantes, notamment dans certains cas on peut utiliser des bassins amont avec un seul bassin avals On peut aussi utiliser deux bas- sins aval avec un seul bassin amont. On peut réaliser plusieurs usines différentes interdépendantes sur un waste site, etc....... Après avoir présenté les principes fondamentaux de conception d'usine et les principes fondamentaux de fonctionnement ainsi que des méthodes apportant une solution å chaque cas, il paraît utile de présenter diverses applications du procédé en montrant à l'aide de figures schématiques des sites à aménager. Certaines figures des dessins ci-annexés ont été réalisées sans avoir eu la possibilité d'effectuer des études suffisan- tes de la profondeur des mers, mais il est probable qu'à l'avenir on pourra réhausser localement (à l'emplacement des digues) le fond de la mer à l'aide d'explosifs atomiques disposés assez loin, devant et derrière l'emplacement des digues. En raison des diverses possibilités d'application du procédé les figures des dessins annexés sont présentées à titre indicatif non spécifique, non limitatif. La figure 1 représente le site de la baie de Saint Brieuc (FRANCE). Une grande digue (D) ferme la baie et une petite digue (M) qui sert de barrage médian la transforme en deux bassins A et B. On peut installer un sas (S) qui peut avoir une autre conception et une autre disposition (voir les sas des autres figures). Le plan d'eau formé par le bassin amont (A) peut servir pour la navigation et pour cela on peut construire des quais, écluses etc...... La figure 2 représente la baie de la Somme (FRANCE) où il parait intéressant d'utiliser la deuxième solution exposée précédemment. Il n'y a pas de sas dessiné sur cette figure 2, mais on pourrait en construire un ainsi que d'autres équipements et ceci est valable pour toutes les figures qui peuvent être modifiées complétées, sans sortir du cadre du brevet dont le but est d'ins- pirer la conception et la réalisation d'usines hydro-éléctriques aux bords de mers sans indiquer exactement leurs formes et dispositions. Les dessins annexés ne montrent que quelques aménagements de sites français et étrangers car il suffit de s'inspirer des exemples ci-exposés pour équiper d'autres sites. Toutefois certains sites qui paraissent intéressants ne sont pas représentés en raison des risques de perturbation du flux et du reflux marins qui seraient peut-Otre contrariés (freinés) si l'on équipait ces sites tels que la baie française de la Fresnaye. La figure 3 représente l'estuaire du cours d'eau fran çais "La Vilaine". Les flèches indiquent le sens des courants d'eau notamment, si la première caractéristique fondamentale était appliquée simplement, mais en réalité le fonctionnement sera plus complexe (poux toutes les usines). La figure 4 représente les sites français de TREGUIER et TRIEUX. La figure 5 représente l'estuaire de la Loire (FRANCE) fermé par une digue pouvant être prolongée jusqu'à l'tle de Noirmoutier; Le barrage médian (M) peut ttre simple ou en forme de sas, par exemple en s inspirant de la figure 6 et de la figure 32 etc..... Les sas conçus essentiellement pour réduire le nombre des turbo-alternateurs permettront le passage des bateaux (écluse; Selon les circonstances, l'estuaire de la Loire au lieu de servir de Bassin amont (A) comme l'indique la figure 5 pourra être utilisé comme un bassin aval (3) et dans ce cas la baie de Bourgneuf sera utilise comme un bassin amont (A). On peut équiper les sites de la figure 5 en deux tran chers successives ; par exemple on peut d'abord n'aménager que l'estuaire de la Loire et ainsi faire fonctionner l'usine suivant la solution précitée à un seul bassin (à digues creuses). On peut aussi commencer par l'équipement de la baie de BOURGNEUF. Si l'on n'envisage pas d'aménager l'estuaire de la Loire, on peut par exemple, concevoir une digue allant de PORNIC à l'Ile de Noirmoutier en passant par l'!le Pierre Moine. Cette digue pourrait outre complétée par une digue allant de l'tle Pierre Moine vers Préfailles pour constituer deux bassins sur le site de la baie de BOURGNEUF. La figure 7 représente la rade de BREST (FRANCE) avec un proJet d'équipement dont le fonctionnement peut s'effectuer suivant la première solution et/ou suivant la deuxième solution. La figure 8 représente une autre conception d'équipe de la Rade de BREST avec un bassin amont (A)beaucoup plus grand que le bassin aval (B) et qui parait ainsi pouvoir fonctionner de préférence suivant la deuxième solution. Pendant les périodes de Haute mer et de Basse mer (à la fin de l'étale) les navires peuvent très bien traverser le sas car le niveau de l'eau du bassin amont (A) est alors le même que celui de la mer, et les portes (ou vannes) du sas peuvent autre ouvertes comme celles d'une écluse. La figure 9 représente la baie française de QUIBERON et le Golfe du MORBIHAN. Une grande digue (D) ferme la baie qui sert de bassin aval (B) et le golfe (A) sert de bassin amont. L'équipement peut autre conçu comme montré sur la figure 9 mais on peut réaliser un sas suivant la figure 10, qui permet aux bateaux de passer de la mer dans le bassin amont (golfe A) et/ou de la mer dans la baie (B). On peut réaliser un sàs différent. La figure 11 représente l'tle française d'Oleron reliée à l'île d'Aix par une digue. D'autres digues forment deux bassins La figure 12 représente un site français où la navigation est importante, le HAVRE, port sur l'estuaire de la Seine qui ne doit pas être bloqué par une usine marémotrice, il importe donc de réaliser un lieu de passage aisé pour les bateaux, par exemple, en s'inspirant des sas (S). La figure 13 représente le site français de la Gironde barrée par--une digue face à TROYEN, transformant l'estuaire de la Garonne en un vaste bassin amont (A) alimenté par ce fleuve ainsi que par l'eau de mer. Le bassin aval (B) forme un vaste plan d'eau. La figure 14 représente le site français d'Arcachon dont le vaste plan d'eau peut constituer un bassin amont (A) et un bassin aval (B) gracie à des digues ou des batardeaux réalisés avec la terre provenant du creusement du canal (E) réalisé pour alimenter en eau de mer le bassin amont. (A). La figure 15 représenté la baie lançais du Mont St Miche. L'aménagement de ce très important site peut titre réalisé de diverses manières suivant le procédé objet du brevet car avec la partie de mer située au Nord de GRANVILIE et à l'est de l'Ile Chausey on obtient une superficie vaste, aménageable en plusieurs tranches. Suivant l'exemple de la figure -15 on peut commencer par faire une digue (X) barrant. la baie du Mont Saint Miche de Gran ville à la Pointe du Grouin par exemple. Ainsi on obtient une usine marémotrice du type de la Rance mais pouvant emmagasiner de énergie, dans la digue creuse. On peut réaliser une seconde tranche (ou second bassin) en construisant la digue (P) et la digue (U) ainsi qu'un sas. Ainsi on peut faire fonctionner cet équipement suivant la première solution précitée car on obtient un bassin amont (A) et un bassin aval (B). On peut réaliser une troisième tranche, par exemple en construisant la digue (L) qui permet de réaliser une usine du type de la Rance mais pouvant collaborer avec le bassin B. A la fin de l'étale de la marée haute (et après l'étale) le bassin C peut faire chuter de l'eau dans le bassin aval (B). La figure 16 représente aussi le site de la baie du Ibnt Saint iRichel et le site des soles CHAUSEY montrant une autre possibilité dtéquipement, en deux tranches A et B. Le vaste bassin (A) peut fonctionner comme l'usine de la Rance, mais avec la possibilité d'emmagasiner de l'énergie. Si l'on construit le bassin B, celui-ci pouvant fonctionner comme un bassin aval, on peut dans ce cas, faire fonctionner le bassin A comme un bassin amont suivant la première solution. Il est évident que le procédé permet d'utiliser d'autres conceptions. Sur les planches 8 et 9 concernant la Grande Bretagne, la figure 17 représente le site du Bristol channel et le très important site de la Severn. La figure 18 montre d'autres possibilités d'aménagement des sites précités sur lesquels on peut utiliser la première solution et/ou la deuxième solution. La figure 19 illustré l'aménagement possible de la baie de SOUTHAMPTON. La figure 20 représente les sites de l'tle d'ANGLESEY. Le détroit de MENAI forme un bassin a et un bassin b. Cette figure représente aussi d'autres sites, MORECAMBE, etc.......... La planche 9 montre aussi des schémas de sas pouvant équiper les sites de la Région de Carlisle (voir les autres sas). On peut équiper le site de CHESTER sans équiper le site de LIVERPOOL. La figure 21 représente ces deux sites équipés en collaboration grâce à un canal (E) les réunissant. La figure 22 représente schématiquement une digue n équipée suivant la deuxième caractéristique fondamentale, c'est à dire que lorsque l'usine marémotrice produit de l'énergie électrique en excédent, cette énergie peut titre utilisée pour actionner par exemple, le moteurnalbernateur (W) qui fait fonc- tionner le compresseur de fluide (K)' Le fluide ainsi comprimé est emmagasiné dans la digue n. Lorsque l'usine marémotrice ne produit pas assez d'énergie, on utilise le fluide comprimé pour produire un supplément d'énergie électrique, par exemple en actionnant le compresseur (K) qui dans ce cash actionne ltal-Ler- nateur (W) qui devient producteur L'énergie stockée dans les digues creuses peut servir pour les besoins du publics mais on peut aussi s'en servir pour pomper l'eau de mer en fin d'étale marée haute, afin d'assurer au besoin le surremplissage du bassin amont (A). La figure 23 représente des sites de la République Fédérale d'Allemagne. La figure 24 représente la baie de VIGO (ESPAGNE). La figure 25 représente les sites de SAN ANTONIO et de la baie de SAMBOROMBON (République Argentine) qui peuvent être aménagés par tranches successives, par exemple suivant le dessin (ou différemment). Le dessin de la figure 25 montre un projet de réalisation à trois usines de type à deux bassins (amont A et aval B) et une usine (R) de type à un bassin,similaire à l'usine française de la Rance. Ces usines étant les unes contre les autres peuvent fonctionner en collaboration par exemple, l'eau pénétrant dans l'unique bassin de l'usine (R) peut alimenter en partie ou en totalité le bassin amont (A) d'une autre usine attenante. On peut aménager de nombreux sites en s'inspirant de cette figure. La figure 26 représente une des possibilités d'aménagement du site de l'estuaire de la rivière FITZROY (Australie). La figure 27 représente le site de CAMBAY (Inde) La figure 2 représente le site de la baie de FUNDY (Canada). La figure 29 représente le site de la mer blanche (U.R.S.S.) La figure 30 représente quelques-uns des sites japonais. La figure 31 représente le site de la baie de TOKYO (Japon). La figure 32 représente un sas pouvant inspirer la conception de sas pour lté- auipement de sites au Japon et ailleurs. Selon cette figure 32 les turbo-alternateurs sont installés dans la partie centrale du sas et les portes et-vannes sont situées sur les digues du sas qui peut autre triangulaire. La figure 33 représente le site de la rivière SHANNON en République d'grande (EIRE) qui illustre la troisième solution du procédé objet du brevet. La rivière SHANNON (comme d'autres cours d'eau) peut être équipée de deux barrages formant un bassin amont (A) et un bassin aval (B) fonctionnant selon le principe précité car le bassin amont (A) n'est pas alimenté par l'eau de mer. Les usines qui seront construites suivant le procédé obJet de l'invention pourront produire en permanence de l'énergie avec une dénivelée rendue très intéressante par les diverses com- binaisons décrites qui permettent un fonctionnement variable en rapport avec les marées. Le rendement énergétique est grandement augmenté aussi par la possibilité de stocker de gigantesques quantités d'énergie dans les digues. REVENDICATIONS 1 - Procédé de captage de l'énergie hydraulique aux bords de mers caractérisé en ce qu'il confite à concevoir des usines marémotrices dont la réalisation de certaines nécessite un bassin dit "amont" et un bassin dit "aval11, séparés par un barrage médian dont les digues qui les constituent peuvent ttre équipées de turbo-alternateurs pouvant fournir en permanence de l'électricité au réseau. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les digues qui constituent les bassins et le barrage médian sont creuses et servent de réservoir pour stocker l'énergie excédentaire sous forme de fluide comprimé à l'intérieur desdites digues. 3 - Procédé suivant la revendication 2 caractérisé par le fait que l'on peut réaliser un type d'usine marémotrice n'ayant qu'un bassin, à l'instar de l'Usine de la Rance, mais pouvant alimenter le réseau en électricité en permanence gracie à lténergie stockée dans la digue qui peut titre restituée. 4 - Procédé- suivant les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la ou les digues qui délimitent le ou les bassins peuvent avoir diverses formes selon les sites et titre équipées notamment de compresseurs, de turbo-alternateurs, de vannes, d'écluses et/ou de sas, par exemple. 5 - Procédé suivant les revendications 1, 2 et 4 ca ractérisé par la possibilité d'équiper les usines marémotrices de sas dont la conception peut titre différente selon les sites afin de bien correspondre aux besoins de la production énergétique et à l'éventuelle circulation des bateaux, tandis que la forme des petites digues constituant les sas peut ressembler à un triangle, et les turbo-alternateurs peuvent Titre situés sur les cotés du triangle ou à l'intérieur, sur une petite digue centrale. 6 - Procédé suivant les revendications 1, 2, 4 et 5, caractérisé par le fait que pour l'aménagement de certains sites le procédé de captage permet la construction de plusieurs bassins réalisables par tranches successives et pouvant fonctionner en collaboration.