Brevet FR2470264A1 — publié le 19810529

La présente invention concerne un appareil d'extraction d'énergie des vagues. On a déjà proposé l'extraction d'énergie des vagues à l'aide de bouées qui, lorsqu'elles montent et descendent sous l'action des vagues, entraînent des pistons hydrauliques ou d'autres dispositifs de création d'énergie et d'électricité. Les inconvénients présentés par ces appareils sont notamment le coût élevé de fabrication, de transport et d'installation des bouées qui sont obligatoirement importantes et relativement fragiles et par lourdes. En outre, les bouées ayant une dimension convenant à une production efficace d'électricité présentent un risque potentiel pour la navigation, surtout lorsqu'elles dérivent par rapport à leurs amarrages et on les ancre donc solidement au fond de la mer. L'invention concerne un appareil perfectionné d'extraction d'énergie des vagues dans lequel les inconvénients précités sont au moins reduits. Plus précisément, l'invention concerne un appareil d'extraction d'énergie des vagues qui comporte un organe flottant sous forme d'une membrane flexible destinée à être disposée à la surface de l'eau, et un dispositif de conversion d'énergie monté entre la membrane et un poste immergé afin que de l'énergie soit tirée des vagues lors du deplacement de la membrane par rapportas poste immergé. De préférence, la membrane a des parties armées qui résistent à une déformation et par l'intermédiaire desquelles la membrane flexible peut être reliée au dispositif de conversion d'énergie. La membrane peut être sous forme allongée et peut comporter une ou plusieurs rangées de partiesarmées. Chacune des parties armées peut avoir un point nodal central auquel le dispositif de conversion d'énergie est relié, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un dispositif de liaison. Le dispositif de liaison peut comporter des câbles portant des parties armées de la membrane et rejoignant des convertisseurs d'énergie immergés et relativement fixes, par exemple des ensembles à vérin hydraulique ou une pompe à tuyauterie souple destinée à entraîner une génératrice d'électricité. Une pompe à tuyauterie souple peut être placée sur la totalité ou une partie seulement de la longueur du dispositif de liaison et elle peut former ainsi une totalité ou une partie de ce dispositif. L'organe flottant peut comporter plusieurs ensembles gonflés et raccordés qui peuvent être flexibles individuellement ou collectivement. L'appareil peut comporter en outre une seconde membrane destinée à être immergée au niveau de l'eau relativement calme, c'est-à-dire de l'eau qui est nettement moins affectée par les vagues que l'eau de surface. Cette seconde membrane peut supporter un dispositif de conversion d'énergie auquel le dispositif de liaison est relié. De préférence, la seconde membrane immergée est à son tour reliée à un ancrage immergé tel que par exemple le fond de la mer ou un dispositif, par exemple des câbles, partant d'un navire ou d'une autre structure. La connexion entre la seconde membrane et l'ancrage immergé est de préférence inextensible. En plus d'une connexion entre un ancrage immergé et une seconde membrane ou à titre de variante, une connexion peut être réalisée entre la membrane flexible et le dispositif d'ancrage. ,L'appareil peut aussi comprendre plusieurs membranes immergées et, dans ce cas, deux membranes au moins peuvent être placées à des profondeurs différentes. Dans la variante dans laquelle des pompes à tuyauterie souple relient les membranes immergées, les pompes reliant les membranes qui ont des profondeurs différentes peuvent assurer des pompages à-des pressions internes différentes. Un bâti, par exemple formé par des entretoises sous pression, peut être placé près de la seconde membrane ou peut relier plusieurs secondes membranes, et la ou les secondes membranes peuvent être reliées à un ancrage immergé par ce bâti. Les vagues auxquelles on se réfère dans le présent mémoire ne sont pas seulement les vagues de l'océan et des eaux soumises aux marées mais aussi celles des eaux intérieures,des mers et des rivières, indépendamment de la présence ou non d'un phénomène de marée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue partielle en plan d'un appareil selon l'invention en position d'extraction d'énergie des vagues - la figure 2 est une coupe agrandie suivant la ligne II-II de la figure 1 - la figure 3 est une vue partiellement en plan et partiellement de dessous, d'un autre appareil selon l'invention destiné à extraire de énergie des vagues ; et - la figure 4 est une coupe suivant la ligne A-A de la figure 3. L'appareil représenté sur les figures 1 et 2 comporte un organe flottant sous forme d'une membrane flexible 10 portant une série de feuilles hexagonales 11. La membrane 10 et les feuilles 11 sont en une matière plastique ou en caoutchouc synthétique tel que le néoprène et sont fixées par exemple par couture ou soudage. Chaque feuille hexagonale 11 est armée par un ensemble de quatre disques circulaires 12 de support (figure 1) formés par exemple de matière plastique armée de verre ou d'un métal, et un point nodal 13 existe au centre de chaque feuille armée. La membrane 10 a aussi un flotteur latéral tubulaire 14 gonflé d'air disposé de façon continue autour de toute la périphérie de la membrane 10. La membrane 10 flotte à la surface de la mer qui porte la référence générale 21. Au-dessous de la membrane 10 qui flotte par ellemême ou qui est formée d'une mousse contenant des espaces contenant de l'air et assurant la flottaison, une seconde membrane 15 de forme et de dimension analogues mais ne flottant pas, est immergée. Cette membrane 15 porte des générateurs d'énergie 16 tels que des vérins hydrauliques, et des liaisons individuelles 17 sous forme de câbles inextensibles sont disposées entre les points nodaux 13 et ces générateurs. D'autres liaisons 19 qui peuvent être classiques sont reliées au fond de la mer et sont ancrées en des points 20. La dimension des membranes 10 et 15 et la profondeur de la membrane 15.sont choisies d'après des facteurs tels que les conditions de mer et l'énergie nécessaire, mais des exemples de dimensions qui conviennent sont une largeur d'environ 20 m et une longueur d'environ 1 km. Lors de l'utilisation de l'appareil, les mouvements des vagues provoquent une ondulation de la membrane supérieure 10 et la force répartie de l'eau qui s'élève est transmise par les feuilles 11 et les disques 12 d'armature aux points nodaux 13 qui s'élèvent et s'abaissent aussi. Comme indiqué sur la figure 2, la membrane 10 et les feuilles 11 sont flexibles et les disques d'armature sont aussi flexibles, bien que dans une moindre mesure, afin que la membrane puisse suivre le contour des vagues et faciliter le passage des vagues au-dessous des bords non retenus de la membrane. On constate aussi que le flotteur latéral continu 14 résiste au passage de l'eau superficielle et accroit la flottaison de la membrane 10. La membrane inférieure 15 est immergée à une profondeur qui est de préférence supérieure à la moitié de l'espacementdes vagues prévue général dans la zone dans laquelle se trouve l'appareil, et, à cette profondeur, l'eau est relativement calme. Ainsi, les points nodaux 13 s'élèvent et s'abaissent par rapport aux générateurs 16 et entraînent ceux-ci par l'intermédiaire des liaisons 17 qui sont ramenées par des poids non représentés ou par tout autre dispositif convenable. I1 est avantageux que la membrane immergée 15 soit plus rigide que la membrane supérieure 10 afin que la déformation sous l'action des mouvements de 1 'eau qui peuvent se nani-fester à cette profondeur, soit minimale, et il faut aussi noter que la présence de la membrane inférieure 15 peut réduire le nombre des liaisons 19 nécessaires avec le fond de la mer. Un autre avantage de l'utilisation de la seconde membrane immergée est que, lorsque les vagues ont une dimension supérieure à celle qui est prévue, la membrane immergée peut aussi avoir tendance à fléchir et ainsi à compenser au moins en partie les mouvements anormalement élevés de la membrane supérieure 10. L'énergie hydraulique créée par les dispositifs 16 est aussi transmise par des tuyauteries le long du fond de la mer ou le long d'une membrane, vers un poste central formant centrale électrique ou elle peut être utilisée pour la création d'un mouvement de rotation permettant la création d'électricité, par exemple à chacun des points nodaux 13. Dans une variante de l'appareil précité, la membrane supérieure 10 a des ouvertures au niveau des points nodaux et elle est maintenue fermement pas des câbles su périeurs 17 pratiquement inextensibles. Lors de l'utilisation de cette disposition, l'eau de mer jaillit par les orifices nodaux lorsque la mer s 'élève et l'eau qui jaillit peut être utilisée par exemple pour l'entraînement de turbines. Dans ce mode de réalisation, des ouvertures plus petites ou munies de volets peuvent être utilisées avec des clapets afin que l'eau puisse revenir lorsque la surface descend. ,Dans une autre variante, un dispositif tel que des hélices, peut être fixé par des liaisons pratiquement inextensibles aux points nodaux 13 à peu près au niveau des membranes immergées représentées sur la figure 2. Dans ce cas, la montée des points nodaux 13 provoque un déplacement vers le haut des hélices dans de l'eau relativement calme si bien que les hélices tournent et produisent de l'énergie. Dans une autre variante, de l'éner- gie hydraulique est créée par allongement et contraction d'un jeu de sangles flexibles reliées à une enveloppe sen siblement tubulaire et flexible si bien qu'un plus grand volume d'eau est enfermé dans cet état contracté qu'à l'état allongé. Dans une variante destinée à être ancrée au fond de la mer, les membranes peuvent être attachées à un navire qui peut aussi les remorquer et dans lequel est montée la génératrice électrique. Ce mode de réalisation convient particulièrement aux emplacements auxquels la mer a une grande profondeur. Dans une autre variante, des câbles transversaux peuvent aussi empêcher les déplacements latéraux indésirables des points nodaux 13. Dans une autre variante de l'invention (représentée sur les figures 3 et 4), l'appareil comprend une série d'ensembles gonflés 30 reliés les uns aux autres le long de bords adjacents 31. Les ensembles sont formés de membranes flexibles de matière plastique ou de caoutchouc synthétique et les parties inférieures 30a qui subissent la plus grande déformation sont de préférence formées d'une matière plus robuste que les côtés et les partie supérieures 30b. Chaque ensemble hexagonal 30 a une sortie centrale 32 d'évacuation qui débouche dans un clapet 33 de retenue et descend aussi afin qu'elle assure une connexion avec le point central (nodal) de la membrane inférieure 30a. Un flotteur latéral gonflé 34 est placé autour de la périphérie de l'organe flottant et est relié aux ensembles,externes 30 par des membranes inférieure et supérieure 34a et 34b. Une pompe 35 à tuyauterie souple fermée à son extrémité supérieure est disposée à partir du point central (nodal) de chaque ensemble 30. L'extrémité inférieure de chacune des pompes est reliée à un poste immergé 36 décrit plus en détail dans la suite. Ces pompes à tuyauterie souple sont connues (comme décrit par exemple dans le brevet britannique nO 2 002 052) et elle comprennent des tronçons de tube flexible et Plastique qui, lorsqu'ils sont allongés, ont un volume interne réduit et qui, lorsqu'ils se contractent, ont un volume interne qui augmente si bien que, lorsque le tube est allongé puis libéré, l'eau peut être chassée puis aspirée par une extrémité au moins. Le poste immergé 36 comporte une membrane lestée 37 qui est ancrée au fond de la mer par. des liaisons 38 reliées à la membrane par des chemises 39 et un support convenable, comprenant par exemple une série d'entretoises 40 sous pression disposées entre des tuyauteries 41 d'alimentation. Ces dernières sont reliées aux pompes 35 par des clapets 42 et les tuyauteries d'alimentation rejoignent une ou plusieurs turbines non représentées. Lors de l'utilisation de l'appareil, lorsque les ensembles flottants 30 montent et descendent, les pompes 35 s'allongent et se contractent et pompent l'eau par l'intermédiaire des clapets 33 et des tuyauteries 41 d'alimentation si bien que les turbines sont alimentées. L'eau qui passe par dessus le flotteur 34 est évacuée par les sorties 32 et les clapets 33. Comme représenté, les ensembles gonflés 30 sont totalement fermés mais, dans une variante, ils peuvent être mis sous pression de façon continue par exemple par une ou plusieurs des pompes à tuyauterie souple (telles que 35) destinées à aspirer l'air de l'atmosphère au-dessus de l'appareil. Dans une autre variante, l'organe flottant peut comprendre une structure tubulaire sous pression, les tubes sous pression étant reliés par des membranes convenables. Dans une autre variante, destinée à donner une quantité relativement faible d'énergie, l'appareil peut comporter un seul ensemble flottant tel que 30 avec sa pompe particulière 35 dont l'extrémité inférieure peut etre fixée directement au fond de la mer, par exemple par une liaison convenable. Dans les constructions de ce type, le poste ou la membrane immergé peut ne pas être nécessaire. La membrane lestée 37 peut comprendre deux couches, la couche inférieure étant sous forme d'un canevas (perforé) destiné à encaisser des charges et la couche su périeure comportant des volets flexibles. Cette disposition s'oppose à la remontée du poste 36 lorsque l'organe flottant (ensembles 30) s'élève, mais les volets s'écartent et permettent le passage de l'eau lorsque le poste redescend sous l'action de la pesanteur si bien que le débit des pompes 35 est accru. Dans un perfectionnement selon l'invention, les tuyauteries d'alimentation 41 peuvent rejoindre un appareil d'osmose inverse ou tout autre appareil alimenté hydrauliquement. Selon un autre perfectionnement, les ensembles 30 peuvent avoir des membranes supérieures 30b transparentes et des membranes inférieures 30a de couleur sombre. Grâce à cette disposition, des quantités limitées d'eau salée pénétrant dans les ensembles 30 peuvent s'évaporer, se condenser sous forme d'eau douce sur les surfaces internes inclinées des membranes supérieures et être collectées dans des rigoles annulaires non représentées formées autour des sorties 32 de purge ; ainsi, un type d'installation de distillation d'eau peut être incorporé à l'appareil. Bien qu'on ait indiqué plus précisément lUtili- sation de convertisseurs d'énergie qui tirent l'énergie des vagues, il faut noter que les convertisseurs peuvent aussi être utilisés comme dissipateurs d'énergie lorsque les vagues doivent seulement être amorties, sans que l'appareil constitue une source d'énergie. ,L'appareil selon l'invention est de construction simple et les membranes peuvent être assemblées au moins en partie sur place. En outre, étant donné que les membranes sont flexibles, les dangers présentés à la navigation sont très réduits, bien qu'il soit encore souhaitable que la position de l'appareil soit repérée. REVENDICATIONS 1 Appareil d'extraction d'énergie des vagues, caractérisé en ce qu'il comprend un organe flottant sous forme d'une membrane flexible (10) destinée à reposer à la surface de la mer, et un dispositif de conversion d'énergie (16) placé entre la membrane flexible et un poste immergé (15) afin qu'il extraie l'énergie des vagues lors des déplacements de la membrane (10) par rapport au poste immergé (15). 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la membrane flexible (10) a des parties armées (12) qui résistent à la déformation et par l'intermédiaire desquelles la membrane flexible est reliée au dispositif de conversion d'énergie (15). 3. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'une seconde membrane (15) est destinée à être placée au niveau de l'eau relativement calme et à constituer un poste immergé. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la seconde membrane (15) est plus rigide que la membrane flexible (10) de l'organe flottant. 5. Appareil selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la seconde membrane (15) supporte le dispositif de conversion d'énergie (16). 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la seconde membrane (15) est fixée à un dispositif immergé d'ancrage par un dispositif extensible (19). 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs secondes membranes (15) destinées à être placées à des niveaux différents. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le poste immergé comporte un support formant appui. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que le support formant appui comprend une série d'entre toises sous pression. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de conversion d'énergie est placé entre la membrane flexible de l'organe flottant et un dispositif immergé d'ancrage. 11. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la membrane flexible (10) de l'organe flottant comprend plusieurs ensembles gonflés (30) raccordés les uns aux autres. 12. Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdits ensembles sont flexibles individuellement. 13. Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que les ensembles gonflés sont flexibles collectivement. 14. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe flottant comporte un flotteur latéral pratiquement continu (34) disposé autour de la périphérie de la membrane flexible. 15. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la membrane flexible aune forme allongée et comprend au moins une rangée de parties ar mées (12) qui résistent à une déformation. 16. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la membrane flexible de l'organe flottant a des ouvertures (32) permettant le passage de l'eau. 17. Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce que le dispositif de conversion d'énergie est destiné à extraire l'énergie de l'eau circulant dans ces ouvertures. 18. Appareil selon l'une des revendications 16 et 17, caractérisé en ce que certaines des ouvertures au moins ont des clapets destinés à permettre la sortie de l'eau qui se trouve à une face supérieure de l'organe flottant. 19. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de conversion d'énergie comporte un organe tubulaire flexible armé (35) dont le volume interne diminue lorsque l'organe s'allonge. 20. Appareil selon l'une quelconque des revendications i à 18, caractérisé en ce que le dispositif de conversion d'énergie comporte un vérin hydraulique. 21. Appareil d'extraction d'énergie des vagues, ca ractérisé en ce qu'il comporte un organe flottant sous forme d'une membrane flexible (10) destinée à être placée à la surface de la mer, une seconde membrane (15) destinée à être placée à un niveau auquel l'eau est normalement calme, un dispositif pratiquement inextensible de liaison reliant l'organe flottant et la seconde membrane, et un dispositif de conversion d'énergie mobile pratiquement à l'unisson avec la seconde membrane et destine à extraire l'énergie des vagues lorsque celles-ci provoquent un déplacement relatif de l'organe flottant et de la seconde membrane immergée.