Brevet FR2457989A1 — publié le 19801226

L'énergie des mers,vagues,marées,courants,énergie thermique,a depuis très longtemps hanté l'esprit des inventeurs.Pour les marées et leurs courants,bien avant les Modernes usines marémotrices,des moulins à marée existaient dans les embouchures des "rîvieres"3retonnes.Les vagues,elles,ont inspiré ces "rotors ,sortes de longues roues de moulin fixées près du rivage,parallélement à la cte.Et cet "ondopompe" de faible rendesent,utilisant la compression de l'air par les vagues, qui fonctionna assez longtemps dans un port de la Méditérranée.Toutes ces installations avaient le défaut d'entre fixes et côtières elle furent détruites par la mer.Depuis un temps immorial,les marins savent que pour résister à la mer,il faut lui résister avec souplesse.La chaine d'ancre,dont l'invention remonte sans doute au temps des Phéniciens,reste le moyen le plus éfficace:sous son propre poids,une longue chaine décrit une courbe.lorsque la vague frappe le navire,la chaine se tend,la courbe diminue et le navire recule,pour revenir ensuite à sa place, sous l'effet du poids de la chaine,lorsque le choc est passé. C'est ainsi que les pétroliers géants,malgré leur énorme surface,résistent aux vagues,ancrés au large sur leurs Sea-lines,alors que les les 1s vagues défoncent sur la cbte les digues les plus solides.Ceci explique sans doute pourquoi la pluspart des projets actuels en cours concernant les vagues sont des installations flottantes.En effet, la crise du pétrole a relancé l'intérêt de l'énergie des verset un certain nombre de projets sont actuellement à l'étude en Angleterre,au Japon,aux Etats-thiis,et eme au Canada (sur brevet Japonais ). Si nous mettons à part les usines marémotrices et thermiques qui conservent des installations iixes,et un projet Américain concernant le courant de Floride,qui comporte des sortes de turbines fixes,parceque situées au fond de la mer,c'est à dire à l'abri des vagues,les autres projets sont tous des systèmes flottants et ancrés. Malgré cela,on peut être sceptique sur la résistance de certains projets Japonais et aussi Anglais,qui quoique formés d'éléments flottants, ancrés, tendent rien moins qu'à constituer des barrages,flottants,mais presque continus,sur une ligne perpendiculaire à la progression des vagues. Il est difficile de croire que de tels barrages résisteront aux tempttes.Les systèmes Anglais et Japonais n'utilisent pas les courants,mais seulement les vagues,et bien qu'ils offrent aux vagues d'importantes surfaces qui ne facilitent pas les questions d'ancrage,ils n'utilisent pas la force cinétique des vagues,mais seulement la force ascentionnelle ou sa retombée. Les dispositifs Anglais,qu'ils soient à flotteurs oscillants nommés "canards" ou à radeaux articulés,présentent le m8e défaut de n'utiliser que le force ascen sionnelle des vagues,pendant un bref instant,de façon sporadique ou alternative,ce qui les voue à un faible rendement.Les caissons à colonne d'eau oscillante ont le m & e défaut,avec en plus,celui d'offrir une trop grande surface aux tempêtes. Notre système est totalement différent de ces dispositifs.D'une part,il peut utiliser,simultanément ou séparément,la force des vagues et celle des courants.D'autre part,contrairement aux procédés Anglais ou Japonais,il utilise l'énergie cinétique qui est beaucoup plus importante que la force ascensionnelle,puisqu'en plus du poids et de la masse,elle fait intervenir un facteur vitesse multiplié par le carré.Donc une énergie plus grande et un meilleur rendeient.Notre système a aussi un meilleur rendement pour une autre raison:les autres procédés n'utilisent qu'un "moment " de la vague et donnent un effort entrecoupé de temps morts.Notre système à vis disposé de façon longitudinale,perpendiculairement aux vagues,aura un effet continu.Sup- posons une vis de 60 mètres de long (PL.3 -3 FIG.I) et des vagues de 4 N.de haut espacées de 28 métres(7 fois la hauteur).Nous constatons d'abord qu'une vague agit sur toute la longueur de la vis. Quand elle quitte la vis,une autre est en pleine action et une troisième commence:nous avons donc toujours deux vagues en action et l'effort est continu.Avec des vis plus longues,nous pouvons assurer cette continuité pour des vagues plus fortes et plus espaoées.Notre système est aussi plus apte à résister aux tempêtes.En effet,s'il partage avec d'autres procédés l'avantage d'être flottant à l'ancre,il posséde deux autres avantages qui lui sont propres::comme un navire,la vis présente son extremité à la vague.Elle offre ainsi une surface réduite au choc qu'elle répartit ensuite sur tout8 sa longueur.Autre avantage:elle présente une surface inclinée et mobile,ce qui fait que le choc se transforme en glissement. Seuls,l'armature et le flotteur subiront véritablement le choc,mais leur surface est faible.Tout cela rend notre système très "marin" et très résistant aux temptes. Voyons maintenant,dessins à l'appui,le détail de cette invention.Nous avons dessiné deux varaiantes,l'une à flotteur incorporé à la vis,pour l'exploitation simultanée des vagues et des courants,et une variante à flotteur séparé,pour l'exploitatiôn des courants seuls.Voyons d'abord la variante à flotteur incorporé. Si nous nons la planche PL.I -3 FIG.I,nous trouvons d'abord un tube creux(I)fermé à chaque etrémité ,qui constitue le flotteur.Ce flotteur est entouré d'une spire hélicoi- dale (2) faisant corps avec le tube.Les deux ensemble forment la vis flottante,base du système.La vis flottante posséde une quille (3)suspendue à la vis par deux bras à deux paliers,dans lesquels tourillonnent les axes de la vis.Pour utilisera force d'un nouvement,il est nécéssair de disposer d'un point d'appui.L'armature formée par la quille et ses bras sera ce point d'appui,le poids de la quille au bout des bras s'opposant à la rotation de la vis et évitant de faire tourner l'ensemble. Seule la vis tourne. Bien que le poids de la quille puisse suffire à obtenir ce résultat,il est préconisé d'employer de preférence,(PL.3-3 FIG.2) deux vis flottantes,de pas inverse,touraant côte à c8te sur une me armature.Leurs èfforts de rotation se compensent et ne risquent pas d'entrainer l'arDature.Par ailleurs les deux vis étant flottantes,ces deux flotteurs Jurtaposés,avec un certain écar tement,agiront comme les deux coques d'un catamaran et assureront la stabilité de l'axuatire.Toutesfois,on conservera la quille,d'une part comme entretoise et èpine dorsale de l'aiature,mais aussi comme lest,pour règler la flottaison,comme il convient pour l'exploitation des vagues.Enfin,deux sécurités valant mieux qu'une la quille sera une garantie supplémentaire,évitant que,malgré les deux flotteurs, une laie vicieuse ne retourne 1' ensemble,comme cela est arrivé é certains oatanarans. L'ensemble de l'appareil (PL. 1-3 FIG.I) est ancré comme un navire,au moyen d'une chaine(4)fixée d'une part à l'avant de ltarsature,et d'autre part à un point d'ancrage(5)situe' au fond de lteau.Frappée par les vagues et parcourues par elles sur toute sa longueur,la vis va tourner comme une hélice.Ce mouvaient va titre tran-is(PL.2-3 FIG.I)b un générateur éléotrique(6) au doyen d'engrenages nnltiplicateurs(7) assurant la liaison entre l'ase de la vis et le genèrateur d'éléotricité. L'éléctricité prodnite sera acheminée vers sa destination par un cable électrique(8) suivant la chine d'ancre,jusqu'au point d'ancrage(5).A iin d'éviter le cisaillement du cable éléctrique en cas de rotation de la chaine autour du point d'ancrage,par suite des changement de direction dus aux vents et aux marées,le point d'ancrage comportera un pivot muni de bagues et de balais sous enveloppe étanche, qui transmettront l'éléctricité à un second cable sous marin qui transsettra l'électricité Jusqu'à terre.On notera que la hauteur d'une vague (PL.3 -3 FIG.I) est composée de deux parties:Ierement,une élévation(9) la " crête" et deuxiéaeent,un "creux" situé entre deux crêtes.Crêtes et creux se situent, la première au dessus et le second au dessous de la ligne d'eau moyenne en eau calme.Pour utiliser au maximum la puissance d'une vague,la ligne de flottaison doit donc se trouver à mi-hauteur de la vis,c'est à dire à hauteur de l'axe.On pourrait évidement obtenir ce résultat en soulevant une vis au moyen de deux flotteurs latéraux,mais la solution du flotteur incorporé à la vis apparais plus rationnelle. Deuxième variantesvis totalement immergée,mais près de la surface,suspendue à un flotteur séparé.Si la vis flottante à flotteur incorporé que nous avons decrite ci dessus,peut,outre les vagues,utiliser les courants(et ce sera souvent le cas en mer ou les courants de marée s'additionneront avec l'effet des vagues),il n'en est pas moins vrai que la vis à flotteur incorporé,du fait qu'elle est à demi hors de l'eau ne reçoit les courants que sur la moiè de sa surface,et même moins,s'il y a des vagues.Don un mauvais rendement en ce qui concerne les courants.On pourrait,il est vrai,améliorer ce rendement en lestant davantage,de sorte que la vis enfonce davantage dans l'eau,mais nous n'obtiendrons jamais un rendement à I00 %,car si nous lestions assez pour l'immerger totalement,elle coulerait.Mieux vaut donc apporter une lègère modification à notre appareil en séparant la vis du flotteur (FL. I -3 , FIG.2 et PL.3 -3,FIG.3).Une vis classique,avec un axe plein, étant suspendue par ses axes au dessous d'un flotteur en forme de coque,devient une vis flottante,tout en étant immergée. Elle offrira donc la totalité de sa surface à l'action du courant.Tous les autres éléments du dispositifs subsistent, et il suffit de comparer les dessins pour r convaincre qu'il s'agit seulement d'une variante d'un même procéde. Cette invention a un seul but,mits très important:produire de l'électricité à partir de l'énergie des vagues et des courants.Le principe en est simplw.La construction du dispositif ne pose par de difficultés techniques.Les possibilitns de fontionnement ne font pas de doute,et d'ailleurs une maquette à petite échelle a déja fono- tisonné et fait de l'électricité. Le vrai problème réside dans la rentabilité:le prix du KWÂ fourni par ce procédé.Cela tient à deux éléments:le cout de l'appareil et la quantité d'électricité produite.Pour le cout de l'appareil,il ne semble pas devoir titre très élevé: c'est un banal travail de grosse chaudronnerie. Le prix à envisager est sans commune mesure avec le cout d'un barrage ou d'une pile atomique. Nais l'énergie produite,par installation,est aussi indiscutablement plus faible.La question est donc de savoir combien il faudra de vis pour fournir autant d'électricité qu'un barrage.Dans l'état de nos connaissances actuélles,il parait difficile d'apporter une ripons précise.L'etude de la dynamique des vagues est encore très incompléte.Les études actuellement poursuivies en Angleterre indiquent une énergie de 90 KWA par mètre de côte,et les techniciens français ne donnent que 30 KWA,tou- jours par mètre de cte.Cette notion "mètre de côte" ne cadre guère avec les divers projets actuels d'installations flottantes en pleine mer.Cette notion ne s'accorde absolument pas avec notre dispositif disposé perpendiculairement à la vague et à la cate:une vis flottante à flotteur incorporé 4 60 mètres de long,4 mètres de diamétr3,dont 2 métres,diamètre du flotteur,ne présentera, dans le sens de la cote,que 2 mètres lineai"res.Par contre,sa spire aura une surface totale de 722 N2 dont258 M2 en contact avec les vagues .I1 semble bien que pour des dispositifs comme les vis,on sera amené à substituer à la notion" mètre de côte",une notion énergie au mètre carré de surface utile.Si nous appliquions les 30 EWA par métre des techniciens français aux 258 M2 d'une vis do 60 métres,on aurait une force de 7.740 SWA.Pour les courants,c'est encore pire::les seuls travaux éxistants concernent les chutes d' eau, les hélices et les canaux.Bien qui corresponde à notre pro pos.les techniciens de l'hydraulique,habitués aux-chutes d'eau,ont négligé d'étudier les courants,dont les faibles dénivellations leur paraissaient sans valeur. C'est une grosse erreursles courants représentent des colonnes d'eau dont la masse peut Outre importante et qui lancées à une certaine vitesse ont une énergie cinétique importante.Pour s'en convaincre,il suffit de considérer la force nécessaire à un navire pour vaincre un courant.Il faut réfléchir que quand un navire se maintien imobile, face au courant,par la force de ses aoteurs,la force du courant est égale à la force des moteurs.Et pourtant le navire présente au courant une surface réduite et profilée pour offrir le moins de résistance.S'il se mettait en travers,il serait emporté par le courant,eut-il des moteurs 10 fois plus puissants.Dès lors on conçoit qu'une vis flottante qui offre une grande surface au courant, puisse développer une puissance considérable. Au départ, cette invention avait été conçue pour l'exploitation des vagues et accessoirement des courants.Nais par la suite, on poussant nos études,nous nous sommes aperçus que les vis donnaient un meilleur rendement avec les courants qu'arec les vagues.Cela tient que pour les vagues,une partie de la vis doit être hors de l'eau.Pas seulement la moitiè.Avec l'intersittance et la oourbure des vagues, il y aura 65 % de la spire hors de l'eau et seulement 35 r en action. Â cela il faut ajouter que les meilleures vis pour les vagues étant à flotteur in oorporé,le flotteur empiète sur la surface de la spire.Par contre dans une vis pour les courants seuls,entiérement immergée,à flotteur séparé, seule la surface de l'axe plein est à deduire.1l en résulte que Si nous comparons deux vis de 60 mètres de long et de 4 mitres de diamétre,la vis vistinéo aux vagues n'offrira qu'unie sur- face utile de 258 B2,alors que la vis pour courants seuls,à flotteur séparé aura une surface de 957M2 utiles.Soit un rendement 4 fois supérieur en faveur des courants. Toutesfois une correction en faveur des vagues semble intervenir, du fait que les vagues sont,en moyenne,plus rapides que les courants.Malgré l'impréci- sion des données officielles,nous nous éfforcerons de donner quelques évaluations adaptées des règles générales de la cinétique.Prenant pour référence des vis de 60 métres de long, et de 4 métres de diamétre,par rapport à des vagues moyennes de 4 métres de haut,séparées par un interval de 28 métres et ayant une vitesse de IO noeuds; et des courants de 6 noeuds.On peut estimer dans ces conditions,qu'une vis utilisant les vagues seules,fournira une puissance unitaire de 3.000 KWA.Ce serait déja nettement plus rentable que l'énergie solaire.Mais en utilisant sioultanement un courant de marée avec les vagues,ont peut esprer un accroissement de la puissance de 50 %.La puissance unitaire serait donc de l'ordre de 4.500 KWA.En groupant une dizaine de vis de 60 métres sur une seule areature,ancrée dans un estuaire et soumise à l'action conjuguée des vagues et des courants de maree,on obtiendrait de petites centrales électriques flottantes,susceptibles de fournir 40 à 50.000 KWÂ. ce serait deja rentable.Pour ce qui est des courants seuls,une vis de 60 mètres et 4 mètres de diamétre dans un courant de 6 noeuds parait avoir une puissance unitaire de de 7 à 8.000 KWA. Comme les vis à vagues,les vis à courants pourraient être groupées sur une même armature et former de petites centrales flottantes de 70 à 80.000 KWA.Le prix de revient du KWA serait sans doute assez rapproché du prix de revient des barrages,rèputé le plus bas.Outre les courants marins,ees vis pouvaient autre utilisdes,isolément ou en groupes , dans les fleuves ou les rivieres dont les vallées ne se prêtes pas à la construction de barrages: :il y a là de nombreux courants inutilisés.Sur les- rivières,dês vis disséminées en beaucoup de régions pourraient fournir localement de l'électricité à de petites usines ou à de petites collectivités. Sur les fleuves,des groupes de vis plus iuportants pourraient titre dtablis.Par exemple des "chapelets n de vis,disposés tout au long de la partie non aménagée du Rhône,pourraient fournir des quantités d'énergie in- portantes. REVENDICATION Caractérisé par le fait qu'il est constitué par une ou plusieures vis tournaat sous l'effet des vagues ou des courants dans une armature stabilisée par quilles ou flotteurs, formant point d'appui.L'ensemble étant maintenu à la surface de l'eau au moyen de flotteurs et fixé,flottant,en mer ou en rivière,par ancrage.les flotteurs peuvent etre incorporés dans la vis ou faire partie de l'armature.