Brevet FR2486165A1 — publié le 19820108

MACHINE UTILISANT LA HOULE POUR EMMAGASINER L'ENERGIE La présente invention concerne une machine hydraulique placée sur des fonds marins, de différentes profondeurs et transformant i 'é- nergie des vagues en énergie stockable et utilisable au moment opportun. Parmi les dispositifs actuellement destinés â domestiquer la houle il faut noter, en Angleterre et au Japon. - Le batteur ou les "canards" - inventés par Stephen Salter. Le système est articulé autour d'un axe parallèle au front de vague. Sur cet axe se fixent des batteurs. I1 s'agit de corps arrondis vers 1 'arrière et effiles en bec de canard vers l'avant. En arrivant, la vague souleve le bec qui retombe ensuite, se soulève de nouveau et ainsi de suite, battant au rythme de la houle autour de son axe. Un système interne de pompes utilise ce mouvement de haut en bas pour comprimer un fluide qui actionne une turbine électrogène. Cette technique pose une difficulté particulière ; la construction d'un axe suffisamment résistant pour supporter ces formidables flexions en mer. En outre, si la récupération de l'énergie est excellente, sa reconversion parait tres difficile. - Les radeaux articulés de Cockerell, étudiés depuis I97I. Le principe est assez comparable à celui des "canards". I1 s'agit de grands radeaux comprenant une partie centrale ou se trouvent les unités productrices et deux panneaux avant et arrière articulés. La vague soulève et baisse periodiquement ces parties mobiles dont le mouvement sera récupéré pour produire de l'énergie. - Le rectificateur mis au point par l'équipe de Robert Russel. I1 se compose d'une sorte de caisse ouverte sur le large et divisée en deux compartiments superposés. La vague haute remplit le réservoir supérieur puis l'eau retombe dansle compartiment inférieur en actionnant au passage une turbine de basse chute. A la différence des systèmes précédents, celui-ci n'est pas flottant mais construit sur le fond ce qui pose de délicats problèmes en raison des marées. - La colonne d'eau oscillante inspirée de la filière japonaise du Dr.MASUDA. On utilise un caisson à clapet dans lequel la montée de l'eau poussée par la vague joue comme un piston pour comprimer la bulle d'air emprisonnée. L'air ainsi comprimé fera tourner une turbine. On peut mettre en batterie une série de chambres pouvant former une sorte de gigantesque moteur multicylindres. - I1 a eté pensé à beaucoup d'autres systèmes De gigantesques sacs déformables sur lesquels la vague ferait pression pour comprimer l'air, des sortes d'"houléoliennes", éoliennes sous-marines actionnées par les vagues, des trimarans articulés, des sytèmes à piston flottant ancrés au fond, les bouées oscillantes, les aubes basculantes.... - Toutes ces "centrales " fourniraient de l'électricité en puissance extrémement variable dans le temps et totalement désyn-chro- nisée par rapport à la consommation. Une telle fourniture d'élec tricité n'est utilisable que si elle peut être stockée, car nul réseau d'utilisation ne peut être branché directement sur une source fantaisiste et au débit imprévisible. C'est pour pallier à ces defauts que la machine proposée par cette invention ne produit pas directement l'électricité mais emmagasine une réserve d'eau à une hauteur telle qu'elle puisse être utilisée au moment désiré pour faire tourner des groupes turbines-genérateurs électriques. Principe de la machine. I1 s'agit de pompes animées par les mouvements verticaux irréguliers des vagues, destinées à remonter l'eau à un niveau supérieur permettant l'utilisation modulable de son énergie potentielle ainsi acquise. Un ballon flotteur accompagne, dans le plan vertical de la houle, les vagues dans leur amplitude et leur période. I1 se place, dans le plan horizontal, dans le lit de la vague gràce à des dérives directionnelles immergées. Suivant la profondeur à laquelle se trouve la base de la machine fixée au sous-sol marin, il est utilisé : - soit une bielle oscillant dans le plan vertical et tourillonnant dans le plan horizontal, pour les faibles profondeurs (planche NOI) - soit un poussoir guidé dans un bâti vertical, lequel peut-être maintenu par des haubans (planche N"2) ou par un flotteur immergé (planche N"3), ce dernier dispositif étant déjà utilise par les pétroliers,pour les forages en mer, pour relier le ballon-flotteur à des pompes à double effet qui refoulent l'eau admise sous une certaine pression et un certain débit dans un réservoir situé à une certaine hauteur par rapport au niveau moyen de la mer. Ce réservoir alimentera au moment opportun un ou des groupes générateurs d'électricité. Les pompes hydrauliques alternatives à double effet sont groupées par 2, 3, 4, ou davantage, suivant les conditions générales à remplir. Conditions d'utilisation. Les vagues de la mer présentent, pour leur exploitation énergetique, un défaut commun à la plupart des énergies renouvelables : la variabilite. I1 faut donc prevoir pour la machine ci-dessous décrite une implantation sur un site - qui soit battu par des vagues venant de loin, pour se presenter de façon relativement ordonnée et monochromatique, - non loin d'une côte qui présente des possibilités de bassinréservoir aux moindres frais. Les côtes atlantiques, entre les 40ème et 60eme parallèles présentent de telles conditions, c'est à dire - amplitude de la houle de 3 mètres de hauteur moyenne, - longueur d'onde de I50 mètres, - période de IO secondes, soit une vitesse d'une cinquantaine de kilomètres à l'heure, - différence de hauteur entre mare basse et marée haute de 4 à 6 mètres. Description. Planche nO I. Machine pour faibles profondeurs. Un socle I est fixe horizontalement sur un sol qui est à une distance du niveau moyen de la surface de l'eau calculée en fonction de la hauteur moyenne des marées h, de la hauteur des vagues à marées haute hh, de la hauteur des vagues à marée basse hb. Le socle I reçoit un plateau tournant 2 pouvant exécuter une rocation de 360 degrés autour d'un axe vertical creux 3. Une série de roulements à galets ou de billes 4 assure l'appui et les réactions sur un large rayon du plateau tournant 2 sur le socle I. Un double bras 5 reçoit en tourillonnement vertical un pylone en tubes d'acier, soudés et remplis de sable,6 pour augmenter le poids et éviter les vibrations dues aux mouvements de l'eau. A l'extrémité de ce pylone, â une distance L fonction de la profondeur moyenne pour qu'il reste incliné environ de 30 degres sur l'horizontale, un ballon spherique ou cylindrique à extrémités spériques 7 a un volume tel qu'il demeure à demi-immerge, compensant ainsi le poids du pylone 6. Des dérives 8 le guident dans le lit de la vague. A une longueur L I de l'attache tourillonnante sur les bras 5, un axe 9 relie les deux bras du pylone et sert d'entrainement par chape à une pompe hydraulique alternative à double effet IO. Deux collecteurs haut et bas II reçoivent l'eau que le mouvement du piston a déplacée, par l'action du flotteur 7 agissant par l'intermédiaire du pylone 6. Ces collecteurs, souples dans le plan vertical, canalisent l'eau vers le centre du plateau 2 dont l'axe creux 3 est muni d'un joint tournant de section correspondant aux collecteurs réunis. De là, part une canalisation I2 qui conduit l'eau refoulée par la pompe à double effet dans une reserve placee en altitude, en fonction de la pression délivrée par la machine. Planche n" 2. Machine pour profondeurs moyennes. Un socle I3 est fixé sur le sol. I1 reçoit une colonne creuse I4 maintenue verticale par les haubans I5 ancrés au sol. Une assise I6 sert en meme temps à l'origine des haubans et de supports aux pompes IO dont les collecteurs II rejoignent la colonne creuse I4 qui sert de collecteur général pour le départ de la canalisation I2. L'extrémité supérieure de la colonne I4 sert de guide, à un cylindre coulissant I7 qui porte des bras I8 commandant les tiges actionnant les pompes IO. Une butée rotative à double action I9 permet au ballon 7 de se placer dans le lit des vagues grâce aux dérives 8. Planche n 3. Machine pour plus grandes profondeurs. Le support utilisé par les pétroliers pour les profondeurs atteintes sur le plateau continental comprend un socle 20 fixé au sol un ensemble rotule 21 permettant à la colonne creuse 22 de decrire un cône d'un certain angle et de délivrer l'eau pompée à la canalisation I2. La verticalité approximative de la colonne est assurée par un ou plusieurs flotteurs 23 totalement immergés. La base des pompes est liée à un bras fixé sur la colonne 22, laquelle coulisse dans un cylindre 24 dépendant du ballon 7 qui communique l'amplitude des vagues aux pompes IO par 1 'intermédiai- re des bras 25. Dans les 3 cas, il est à redouter un "coup de vent" subit qui augmenterait d'une façon importante l'amplitude des vagues. La pompe comportant des butées naturelles devrait subir un effort inadmissible. C'est pourquoi il est prevu une butée par gravitation, composée d'un filin 26 qui reste mou en amplitude normale, mais soulève, au-dessus d'une certaine amplitude, un poids 27 qui annule la flottabilité du ballon 7. Ce poids peut-être soit un bloc massif de densité élevée soit une chai ne de très forte section qui donne un contre-effort plus progressif. La solution à choisir est en fonction du site et de la profondeur d'implantation de la machine. Revendications. I - Machine hydraulique fixée sur des fonds marins, transformant l'énergie des vagues en energie stockable et utilisable au moment opportun, par l'action de pompes à double effet mues par l'amplitude et la periode des vagues agissant sur un ballon semi-immergé et refoulant 1 'eau pompée dans un réservoir surélevé débitant quand on le désire sur des groupes turbines-générateurs électriques, avec dispositif de sécurité en cas d'amplitude trop forte des vagues, qui annule la flottabilité du ballon. 2 - Machine suivant la revendication I, caractérisée par le fait que l'entrainement des pompes est assuré par un pylone-levier tourillonnant dans le plan vertical autour d'un axe à sa base, les pompes et le point fixe du levier reposant sur un plateau pouvant tourner de 360C pour permettre l'orientation de la machine dans le lit des vagues. 3 - Machine suivant la revendication I, caractérisée par le fait que les pompes sont fixes sur une colonne-support rigidemment liée au sol, leur piston étant entrainé par le déplacement vertical du flotteur, transmis par des potences. 4 - Machine suivant la revendication I, caractérisée par le fait que l'ensemble pompes et flotteur supérieur est supporté par une colonne articulée au sol sur une rotule, sa position d'équilibre en l'absence de vague étant la position verticale,déterminée par un second flotteur fixé sur la colonne et toujours immergé. Le mouvement alternatif des pistons est délivré par le flotteur supérieur, et transmis aux pompes par des potences. 5 - Dispositif suivant les revendications I à 4, caractérisé par le fait que l'amplitude maximale vers le haut du ballon moteur est limitée par un poids reposant au sol en amplitude normale, et retenant par un filin l'ensemble mobile en deçà d'une altitude limité, par mesure de sécurité.