Brevet FR2430525A1 — publié le 19800201

L'agitation de la mer est une source d'eargies propres et ine puisables qui peut être exploitee dans la mesure où les assauts destructeurs des installations sont surmontés.La presente invention a pour but d'utiliser les forces verticales des vagues et de la houle pour actionner des pompes aous-marines.Ce sont des caissons flotieurs qui,soumis à cette agitation,tranamettent leurs mouvements vertieaux et leurs forces aux pistons de pompes par une bielle à engrenages,s'adaptant à tous les niveaux dt la mer. Ce projet est base sur le principe d'Archimède tour la fonc tion des pompes avec le concours d'un assemblage de derricks pour le maintien,le guidage à la verticale et aussi la proetection des appareils.@insi,un caisson étanche flottant à la surface de la mer est relié au piston d'une pompe sous-marine par une tige dont l'extremité à engrenages fait office de bielle.Tous les mouvements verticaux du caisson sont transmis au piaton de la pompe dans un sens inversé.Quand il monte le pisten descend et quand il descend le piston monte et celai sous la même force.Il en résulte une @uc- cessi@n d'aspirations et de refeulements d'eau.L'importance des refoulements en puissance et velune est en rapport avec celle du caisson et de ses mouvements sur les flots.Sice caisson a une surface portante de 10 m2 (le tube d'ecoulement de la pompe étant fermé)lorsque la montée des eaux le submergera d'un mètre audessus de Sa ligne de flottaison,la traction du caisson sur le piston exercers une force de 10 tonnes,Sil@ surface de ce piston était de 1000 cm2 la pression de l'eau dans la pompe serait de 10 k au cm2 pouvant équlibrer une colonne d'eau de Iv0 mètres de hauteur.mais pour obtenir un écoulement d'eau à cette hauteur le caisson dervra,sous cette imnersion d'un mètre,être poussé vers le haut par des vagues superieures à ce mètre de hauteur.Cette différence donne l'amplitude du mouvement.Il en résulte que,pour chaque vague,une partie de sa hauteur est neceasaire @ la force de traction du caisson vers le haut,et le complement a l'amplitude du mouvement.Donc plus les vagues seront hautes plus gr@nde sera la force de traction à expleiter et aussi l'amplitude des mouvements.En fonction de l'importance de ces vagues et par le jeu de reglage d'ouverture des vannes d'ecoulement de l'eau refoulée on peut déterminer le résultat de ces deux eléments ::force au detri meut de l'amplitude et inversement Cet avantage permet @ussi de contenir les mouvements d'élévation du caisson dans les limites des imstallations prevues pour les plus grandes vagues de haute mer. Dans l'exemple du caisson de 10 m2 de surface pertante,lorsque les vagues atteindront une hauteur de 8 mètres environ et que l'ouverture de la vanne ne se fera que bous une pression de 50 le caisson devra attendre une immersion de w me de l'assaut de cette vague (soit une poussée de 50 tennes égale à la pression declanchant l'ouverture d'écoulement) pour s'élever sur cette vague à 3 mètres plus haut,compte non tenu de l'éffrite ent de ces vagues.Dans cet exemple chaque vague provoquera un refouled'eau d'un volume de 300 litres d'eau sous une pression de 50 K au cm2 ce qui est considerable.Et si sous la même pression les vagues montaient à 12 ma de hauteur,le caisson sous la poussée de b mètres de chaque vague s'élèverait à 7 ms plus naut.Ceci dans la mesure où les vagues auront une longueur d'onde auffisament importante.Naturellemnt,et aussi en raison de l'alternance des mouvements (aspirations et refoulements) l'emplei de plusieurs pompes groupées sur un mé@e collecteur est nécessaire pour obtenir un refoulement d'eau continu.Un manomètre de pression permet de régler la fonction d'ouverture des vannes en relation avec l'agitatien plus ou moins impertante ae la mer à ses différents niveaux. Chaque groupe de pompe serait installe près des côtes,sur des fonds marins appropriée en profondeur et aussi ou la fréquence de l'agitation de la mer serait la plus importante,notamment aux zones de convergenes de houles à grandes longueurs d'ondes.Il pourrait fournir ; ces occasions des refoulements d'eau considéroblee en pression et volume en rapport avec 1; dimension des appareils et l'importance des vagues.Ces refoulements collectes alimenteraient une ou plusieurs turbines sous-marines ou non,ou enoore être diriges sur des reservoirs situes dans le voisipage des côtes sur des nauteurs importantes.La rentabilite de cette exploitation automatique reside uniquement dans 1- fréquence et l'importance des vagues et de la houle,hormis les frais d'entretien.Les installations petrolières en mer seraient toutes designées pour utiliser ces pompes à @@@@@ des forces destructrice pour obtenir tous leur besoins en energies. Les fonds marins ohoissis pour l'implantation de ces appareils devront aveir un mi@@mum te profondeur necessaire aux mouvements de la bielle pour s'adapter à toutes les amplitudes de mouvements aux différents niveaux de me@ basse ou haute.Les grandefonds ne sont pas un obstacle dans la mesure ou la rentabilité est assuree malgré l'em ploi d'un matériel plus important exigeant une plate-forme intermédiaire.Celle-ci,à la profondeur désirée,recevrait les pompes et turbines .C'est dans un assemblage métallique collectif implanté sur les fonds marins que seront abrités les installations comprenant tout un groupe de pompes.La plate-forme commune (PF) est situee sous le niveau de mer basse et calme (MB).Le sommet émerge à une nauteur comprenant l'amplitude du niveau de mer haute et calme (@@). et audessue de ce niveau,l'amplitude d'élevation du caisson.Cette amplitude correspond à selle des mouvements du piston dans son corps de pompe.Chaque pompe est animé@par un caisson flotteur cylindrique(1) moteur de la pompe.Ses mouvements verticaux sont conduits et mahtenus par dex roulements,à sa partie supérieure par la poutre creuse parallélépipède (3) pansant au sommet du derrick entre quatre rouleaux sur ressorts(4) et à sa base par un second caisson étanche (2).Sa forme parallélépipède et sa longueur lui permettent un double rôle::1 de flotteur équilibrant exacetement par son velume tout le poids de l'appareil mebile@caisson,tiges,bielle et piston de pompe;2 de protection et de conduite des mouvements vertieaux en passant entre une serie de quatre rouleaur a bandage souple montés sur amortisseurs(5).L'équilibre est caloulé pour maintenir,à tous les niveaux de mer calme,le caisson moteur cylindrique émergé,reposant sur l'eau,sa ligne de flottaison passant par Sa base.Le réglage de cet équilibre peut entre obtenu ase exactitude par apport ou suppression de lest à l'aide de potite caissons étanches constitués par deux moitiés de @ylindres dont l'intérieur épouse la forme de la tige de bielle autour de laquelle ile sont fixés par colliers.Le caisson moteur (1)porte deux cercles à surfase plane sur laquelle tourne librement un appareil de pro- tectien constitué par deux ceintures metaliiques sur roulements, portant d'une part une étrave (6) et à l'opposé un safran (7) dont le rôle directionnel lui permet,comme pour une girouette,de tourner et orienter automatiquement l'étrave face à l'assaut des vagues. La tige (8) relie à toutes les profondeurs le caisson (2) à une fourche (a) portant deux bras dont la partie inférieure est garnie de dents d'engrenage (10) et la partie auperieure a une longueur permettant à la tige du piston de pompe de s'élever entre ces deux bras,lorsque ceux-ei descendent.Dans la planche III les dents d'engrenage des deux brai sont invibles,masquées par deux flancs (11) emboitant les deux roues de transmission.Dans la planche T ceux sont les deux roues d'engrenais de transuission (12) qui portent des flance d'emboitement.Ces deux roues de transmission (12) entrainent,dans un sens vertical opposé à celui des deux bras,la tige de piston de pompe (13) garnie de dents d'engrenage sur ses deux cêtés eppesés.Les meuvements verticaux des deux bras à engrenages (10) sont maintenus et conduits par roulements entre les flance de deux paire. de roues (14).Le corps do pompe repose nur une partie ver- ticale du tube d'écoulement garnie de soupapes d'aspiration (15)à à ouverture protégés par une grille,et d'une soupape de refoulements (16).Le collesteur des canalisations est doté d'une cleche à air comprimé (17)dont le manomètre enregistre la pression de l'eau refoulée et règle électroniquement l 'ouverture des vannes.Ainsi par ses dimensions det appareil fonctionne autematiquement à tous les niveaux de basse et haute mer avec une amplitude de mouvements pouvant être limités lorsque les vagues serent trop hautes.La planche 1 représente cet appareil à ses trois positions différe@ten: en A il est équilibré au niveau de basse mer calme,la pompe est à une profondeur minimum,la tige d'attelage (8)étant la plus courte à ce niveau;l'engrenage des bras pout encore desc@ndre et le pisten de pompe s'élever,en prévision des creux de vagues (CV)représontés à la position C.En B le caisson a été élevé par la poussée d'une grande vague (GV) au-dessus du niveau de mer haute (MH),l'ongrenage est au plus haut et le piston de pompe a eté poussé au fond de la pompe.Cette fonction ne pout être obtenue que par des vagues impertantes en amplitudes et longueurs d'ende.Le caisson flotteur meteur de la pompe est sous la protection de son étrave giratoire (6) ses meuvements verticaux conduits et maintenus par les rouleaux 4 eté. Il est le seul élément soumis à l'assant des vaguse dont les ferces horizontales les plus puissantes passent au-desaus de la plate-ferme.Et lersque des tempêtes sont unnencé@scomme pouvant être destrustives tous les caissons moteurs de pompe pouvant être abrités par noyade autematique.A cet effet,chaque caisson a le fend deté d'une cuverture verrouillée par clapet à ressert commandée électriquement.Lorsque cette ouvarture est déelanchée l'eau s'engoufre dans le caisson,refoulast l'air par la soupape à jeu Libre (18) située au sommet de la poutre crouse (3).Par es remplissage le caisson des@@ndra se po@er sur la plate-forme à l'abri des assauts destrusteurs.La remise on fonction est obtenue par un bateau-grue qui,paf élévation de chaque caisson,à l'aide des crochats 19, audessus des flete,les videra de leur eau pour blequer @@suite leur ouverture. pour des raisons d'ac@@s@ibilité de tous les caissons sompris dans un mêne groupe,en prévision de remises à flots et aussi d'emtretion,chaque groupe d'appareile devra s'étirer en longueur,perpendieulaire à la direction du large de la mer.Cette erientation est plus efficace à la résistance à l'assaut successif des vague@,et faverable à une alternance des mouvements entre chaque appareil. La présente inventien permet à des pompes foulantes et anpi rantes sous-marines de fonctionner par l'effet de caissens flot teurs soumis aux forces verticales des vagues et de la houle leraque celles-si sont importantes en hauteurs et longueure d'ande. Les@ refoulements d'eau obtenus peuvent être considérables en pressions et volutes en fonction de l'agitation ce la ser et des moyens employés.Centrolés on puissance et volume ces refoulements d'eau peuvent être répartie sur des turbines sou -marines ou installees en bordure de@ cêtes.De même,ils pouvent alimenter des reservoirs situés sur des hauteurs importantes près des côtes à des fins industrielles ou agricoles.Les tours et derricks installés en mer pour la recherche et l'expleitation deo pétroles ou gaz au fond des mers sont toutes désignéespour utiliser ces pompes.Ces installations assurent un abri tout équipé sûr et efficace.Et sans descendre dans les grands fonds,une plate-forme intermédiaire recevrait les pompes et turbines.Ces installation isolées on mer pourraient obtenir une autonomie en besoins d'énergies et sans doute,pour certaines d'entre elles,creer une seconde activite de production d'énergie.En rèsume,dans la mesure où les installations de ces pompes sous-marines seront importantes en nombre,sous un abri collectif constitué par un @ssemblage métallique puissant, la rentabilité de cette sroduetion automatique d'energie propre et inépuisable parait entre a@surée. R E R A R Q J E @ M P @ R T A @ T @ Au cours de la montee des eaux de marées,les caissons moteurs, équilibrés au niveau de basse mer calme,sont progressivement i@mergés exerçant une force de traction sur le piston de pompe se rapprochant de celle nécessaire à l'ouverture des vannes.L'amplitude des mouve ment provequés par l'agitation dela mer sera de plus en plus proche de celle des vagues.Pour exploiter,cans les mêmes conditions,les forces des vagues de basse mer,on peut obtenir artificiellement,pour chaque caisson moteur,une force de traction permanonte,initiale et préalable à tous les mouvemente.A cet effet,au niveau de basse mer, les vannes restant fermées,on remplit chaque caisson moteur d'une quantité d'eau devant le faire descendre a un niveau d'i@mersion dont le volume correspond à la force de traction choisie.A ce niveau d'immersion,les engrenages de la bielle et de la tige de piston sont emboites dans la position représentee PL.I fig.A. En vicant ensuite par pompage toute l'eau des caissons,ces derniers resteront immerges par mer calme à ce niveau,exer@ant une force constante de traction sur le piston de pompe.Il en résulte qu'en reglant l'ouverture dee vannes sous une pression superieure a celle existant dans la pompe, toute amplitude de vagues moyennes produira un refoulement d'eau sous une pression superieure à celle obtenue sans ces moyens.Cec@ dans la mesure où la longueur d'onde de chaque vague agit entièrement sur chaque caisson et où le nombre de pompes,dirigées sur un même sollecteur,compensera le faible rendement des vagues de moyenne amplitude. R E V E N D I C A T I O N S I- Dispositif permettant à des pompes sous-marines d'exploiter les forces verticales des vagues et de la houle pour obyenir des regoulements d'eau importants en volume et pression,caractérisé le fait que ceu@ sont des caissons flotteure qui,soumis à l'assàut des vagues,transmettent leurs puissants mouvements verticaux à la tige de piston de chacune de ces pompes. 2- Dispositif selon le revendication I caractérisé par le fait qu'un derrick marin abrite l'ensemble de ces pompes et maintient les mouvements verticaux des caissons entre des series de rouleaux sur amortissuers. 5- Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par le fait que chaque caisson flotteur est doté d'un mât et d'une queue plongeante coulissant verticalement entre ces rouleaux. 4- Dispositif selon la revendication 3 caractérisé par le fait que la queue plongeante de chaque caisson est étanche et son volume stabilise la flottaison de l'ensemble mobile. 5- Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par le fait que chaque caisson est en outre protégé de l'assaut des vagues par une étrave giratoire dont l'orientation automatique cap à la vague est obtenue par un safran. 6- Dispositif selon le revendication I caractérisé par le fait que les mouvenents verticaux des caissons sont transmis à la tige de piston de pompe pZr une tige portant deux bras dentés s'emboitant dans l'engrenage de deux roues intermédiaires. 7- Dispositif selon la revendication 6 caractérisé par le fait que les deux roues d'engrenage entrainent de part et d'autre la tige de piston de pompe.également dentée,dans un sens vertical inversé,provoquant successivement aspirations et refoulements d'eau. 8- Dispositif selon la revendication 6 caractérisé par le fait que les deux bras dentés faisant office de bielle et 1a tige de piston de pompe ont une longueur permettant d'adapter toutes les amplitudes de mouvements aux différents niveaux de basse et haute mer. 9- Dispositif selon la revendication I caractérisé par le fait que les refoulements d'eau obtenus sont collectés sous pression pneumatique d'une cloche à air comprimé dotée d'un manomètre réglant la répartition des refoulements d'eau des fina industrielles. I0- Dispositif selon la revendication 5 caractérisé par le fait que chaque caisson peut être soustrait aux tempètes destructrices par noyade commandée électriquement.