Brevet FR2497877A2 — publié le 19820716

FR 2497877 A2 19820716 FR 8102607 A 19810210 Le brevet principal nO 78 000 31, du 3 Janvier 1978, et l'addition nO 79 315 66 du 24 Décembre 1979, décrivent un dispositif permettant de capter l'énergie cinétique des courants marins et fluviaux, pour produire de l'électricité. La présente addition concerne - dlune part, un dispositif doté de nouvelles caractéristiques permettant de produire de ltélectricite, au au moyen de l'énergie cinétique des courants fluviaux et marins, et également au moyen de l'énergie potentielle des barrages, - d'autre part, un nouveau procédé de mise en oeuvre de ce dispositif en particulier dans le lit d'un cours d'eau, en édifiant dans celui-ci un semi-barrage artificiel et amovible, permettant de diminuer la profondeur et la largeur du cours d'eau, dans le but d'augmenter la vitesse initiale du courant, et de créer une énergie potentielle entre les nouveaux niveaux du courant, en amont et au-dessus du déversoir artificiel, et en aval du semi-barrage. Dans une nouvelle réalisation de ce dispositif destiné à être immergé dans le lit d'un cours d'eau relativement profond (figures 1 et 2) l'ensemble du dispositif comporte deux fardeaux - d'une part, le bati (1), pouvant flotter, être immergé, et lesté avec des matériaux de forte densité, pourvu de son capteur hydraulique (5), et d'une mortaise (18), à tenon femelle (19), - d'autre part, le diffuseur (10), doté du tenon mâle (20), le venturi (8) et la turbine (9), formant un tout. Ce dernier fardeau est accouplé au capteur (5), par le jeu de la mortaise (18) et du tenon mâle (20), avec l'aide d'un engin de levge. L'étanchéité du joint, entre l'assemblage des deux fardeaux est assurée par le poids de l'ensemble (diffuseur (10) et turbine (21), qui agit sur le plan incliné des ténons (19) et (20). Par ailleurs, le capteur hydraulique (5), de ce dispositif, comporte deux tuyères coniques (16) et (17). La tuyère conique (16), débouche dans le venturi (8! en amontdcs pales de la turbine (9). La tuyère (17), par contre, débouche' en aval des pales de la turbine (9). Cette dernière est concentrique extérieurement à la tuyère (16), et comporte deux parties convergentes, l'une à l'entrée, l'autre à la sortie, et une partie cylindrique, dans la partie centrale. Cette particularité permet une conicité à deux étages, entre l'entrée et la sortie de la tuyère, et à la veine liquide qui la traverse d'acquérir une augmentation de vitesse du courant, de l'ordre de I à 4. A titre indicatif, la vitesse initiale du courant estimée à 2 m/s à l'entrée du capteur (5), devrait être portée de 7 à 8 m/s, à ltentrée du venturi (8), et également au débouché de la tuyère (17), en provoquant une 2 dépression : H = pO - pl, ou encore = V1 - = H. d 2g Etant donné que : H est égale à V2 , la hauteur : H, a une valeur équiva 2g lente de 2 à 3 mètres de hauteur de chute d'eau. - Selon un autre mode de réalisation d'un dispositif destiné à être immergé dans le lit d'un cours d'veau de faible largeur et d'une profondeur, de l'ordre d'un mètre, mais animé d'une vitesse de courant de 2 m/s, au moins, l'ensemble du capteur (5) et du diffuseur (10), est constitué par un ensem ble de deux tuyères formant un tout portable et immergeable, à volonté, en un ou deux fardeaux (figure 3). La puissance susceptible d'être développée par ce type de dispositif est de l'ordre de 20 à 30 KW. Selon un autre mode de réalisation d'un dispositif destiné à capter l'énergie potentielle, d'un barrage de cours d'eau, ce dispositif est également fractionné en deux fardeaux : le capteur (5), proprement dit, et le diffuseur (10), faisant corps avec la turbine (9) (figure 4). Le capteur (5) est constitué des tuyères (16) et (17). La tuyère (16) débouche dans le venturi (8), en amont des pales de la turbine (9). La tuyère (17), par contre, débouche en rival de la turbine (9), et est concentrique extérieurement à la tuyère (16). Son entrée est de section ronde ou ovale dans le sens du plan horizontal. Pour la mise en oeuvre de ce dispositif, le capteur (5) est fixé à l'ossature du barrage, tandis que le diffuseur (10) et la turbine (9) sont disposés à l'intérieur de la mortaise (18), et immergés en aval du barrage, de façon que la hauteur de chute d'eau soit utilisée au maximum. Ce type de dispositif est surtcut caractérise, en ce que, l'énergie potentielle captée par la tuyère conique (17) est transformée, en énergie cinétique pour produire une forte dépression en aval des pales de la turbine (9). Elle a pour valeur : h = ffi j , ou encore 1 V20 . Cet avantage p-p 2g permet lorsque le debit du barrage est suffisant, d'augmenter la puissance de la turbine sans avoir à augmenter le diamètre des pales de celle-ci. L'énergie totale potentielle agissant sur les pales de la turbine en amont et en aval (dépression) est égale à mgh + mgh = mg 2 h. Il est précisé par ailleurs, que cette particularité serait également valable pour les modèles de mini-centrales ou de centrales hydro-électriques, faisant corps avec les équipements des barrages hydrauliques, mais qui seraient dotés, chacun, de tuyères coniques du type (17) débouchant en aval des pales de la turbine, et à l'entrée de la périphérie du diffuseur. - Selon un nouveau procédé de mise en oeuvre de ce dispositif dans le lit d'un cours d'eau, ou d'un bras de cours d'eau, de faible largeur et non navigable figures (5) et (6), il est procéde à l'at nagement dans le lit de celui-ci, d'un semi-barrage artificiel et anovible, constitué par un épi de fond (21), (en plaques de béton par exemple), perpendiculaire au courant, et par deux épis (22) au moins, en forme de losange, formant une sorte de " bief " complétant le rôle du capteur (5) ou encore parfois, utilisés pour rétrécir la largeur du cours d'eau (figure 6). Ces derniers épis sont généralement en béton, ils peuvent flotter, être immergés, et lestés avec des matériaux de forte densité. L'un des épis (22) est amé nagé de façon à permettre la création d'une vanne (23) pour des eaux. L'édification de cet épi de fond (21), conjuguée, avec l'immersion d'un dispositif prenant appui sur cet épi, permet de barrer en partie, le lit du cours d'eau et de diminuer sa largeur. Cela dans le but de doubler,si possible la vitesse initiale du courant au-dessus du déversoir artificiel, et de créer, par ailleurs, une énergie potentielle (h) (figure 5), entre les nouveaux niveaux du courant en amont et au-dessus du déversoir artificiel, et en aval du semi-barrage. La hauteur à donner à l'épi de fond est fonction dc la hauteur moyenne du cours d'eau et de l'ensemble de la section transversale des épis immergés. Elle est déterninée de façon qu'après immersion de l'ensemble, y compris le dispositif, la vitesse initiale du courant de 2 m/s (par exemple ,) soit portée à une vitesse de l'ordre de 3 à 4 m/s, à l'entrée du capteur (5) sans avoir modifié le débit. - Selon uu autre mode de mise en oeuvre dans le lit d'un cours d1eau navi gable (figures 7 et 8), l'épi de fond (21), comporte an plus, un chenal (24) permettant la navigation en surface. Pour ce cas les dispositifs sont im margés, accolés, parallèlement, les uns aux autres, (figure 8), de façon à barrer partiellement le cours d1eau, en prenant appui sur l'épi de fond (21) par la partie avant de leur capteur (5). - Selon un autre mode de mise en oeuvre sur un fond marin (figures 9 et 10), le type du dispositif utilisé comporte deux entres de captage (6), diamé- tralement opposées, et une turbine (9), à fonctionncment reversible. De plus, chaque entrée est dotée concentriquement d'une ogive (25) permettant de jouer efficacement et alternativement le rôle de diffuseur. Aussi, l'immersion de ce dispositif nécessité l'aslenagement sur le fond marin de deux épis de fond (26) et (27) conçus suivant les mêmes principes que celui décrit ci-dessus et sur lesquels viennent prendre appui irs entrées de cap tage (6) de chacun des dispositifs immergés. - Selon une autre variante et lorsque les courants marins, sont des courants de marées, soumis à l'influence des vagues, il est procédé à I'aménagement d'un troisième épi (28) an amont des vagues (figure il). Cet épi est constitué par des blocs de béton, ou de fonte immergés, immergés et assem blés les uns aux autres de façon à former un semi-barrage, artificiel, amovible, demi-circulaire, se refermant aux extrémités de l'ensemble des dispositifs immergés et formant une sorte de cuvette (29), dans laquelle viennent s 'amortir les effets du déferlement des vagues et de la houle. La hauteur à donner à cet épi est de i'ordre de celle de la hauteur du dispo sitif immergé. Quant à la distance qui sépare et épi des entrées de cap tage des dispositifs immerges, elle est de l'ordre d'une dizaine de mètres. Ainsi, la réalisation de ces épis de fond combinés avec les épis (22), permet d'augmenter la vitesse des courants de marées, de capter une partie de l'énergie déferlée par les vagues,et également de créer une certaine énergie potentielle, au cours de chacune drs marées montantes et descendantes. En ce qui concerne l'énergie totale susceptible i'rre captée par chacun des dispcsitifs, du type fluvial, et marin, grâce aux procééés décrites cidessus, elle devrait etre égale à : - l'énergie cinétique : I m V2, agissant sur les pales dc la turbine, 2 - l'énergie potentielle : mgH (dépression), ou encore égale à I m V2, agissant en aval des pales de la turbine, 2 - l'énergie potentielle : mgh, produite grâce aux semi-barrages des épis. cette énergie totale est égale à l'équivalence d'une énergie poten tille : mgH + mgH + mgh = mg (2H + h). Cette addition ne se limite nullement aux descriptions des modes de réalisation des dispositifs indiqués ci-dessus, ni non plus aux conceptions des épis de fond et des semi-barrages artificiels qui amont été donnés qu titre d'exemples ; elle embrasse au contraire, toutes les variantes dans ces domaines. REVENDICATIONS 1) Dispositif fonctionnant au moyen de l'énergie cinétique des courants flu viaux et marins, et également au moyen de l'énergie potentielle des bar rages, selon l'une des revendications du brevet principal caractérisé, en ce que, lorsque ce dispositif est destiné à être immergé dans le lit d'un cours d'eau, il comporte deux fardeaux : - d'une part, le bati (1) pourvu de son capteur hydraulique (5) et d'une mortaise (18), à tenon femelle (19) - d'autre part, le diffuseur (10) doté d'un tenon mâle (90), le venturi (8) et la turbine (9) formant un tout. Ce dernier fardeau est acccuplé au capteur (5), par le jeu de la mor taise (18) et du tenon mâle (20). i'étanchéité du joint entre l'assemblage des deux fardeaux, est assurée par le poids de l'ensemble (diffuseur (10) et turbine (9), qui agit sur le plan incliné des tenons (19) et (20). 2) Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé, en ce que, le capteur hydraulique (5) comporte une tuyère (17), concentrique exterieureent, à la tuyère (16), dotée de deux parties convergentes, l'une à lteutree, autre à la sortie, et d'une partie cylindrique, dans la partie centrale. Cette particularité permet une conicité à deux étages, entre l'entrée et la sortie de la tuyère, dans un rapport de 1 à 4 environ, pour l1ensemble du système. 3) Dispositif, selon la revendication 2, caractérisé, en ce que, lorsqu'i est destiné à être immergé dans le lit d'un cours d'eau de faible lar geur et de faible profondeur, mais animé d'une vitesse de courant de 2 m/s, au moins, il forme un tout portable, en un seul, ou en deux far deaux, immergeable à volonté. 4) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé, en ce que, lorsqu'il est destiné à capter l'énergie potentielle d'un barrage de cours d'eau, il est également fractionne en deux fardeaux. Celui du capteur (5) est egalement doté des tuyères (16) et (1-7). La tuyère (17) est concentri que extérieurement à la tuyère (16). Sa sortie est convergente et dé bouche en aval des pales de la turbine (9). Son entrée est de section ronde ou ovale dans le sens du plan horizontal. En outre, caracterisé, en ce que, l'énergie potentielle captée par la tuyère (17), est transformée en énergie cinétique, pour produire une forte dépression, qui a pour valeur : h = pO - pl = V21 - Vo d 2g Ainsi, énergie totale captée, en amont et en aval des pales de la tur bine (dépression), est égale à mgh + mgh = mg2h. 5) Procédé selon la revendication 4, caractérisé, an ce que, lorsque l'on dote également les mi-centrales hydro-électriques, faisant corps avec les équipements d'un barrage, d'une tuyère coniplémentaire, du type (17) dé bouchant en aval des pales de la turbine, il permet de produire une dé pression : h, qui a l'avantage d'augmenter la puissance de la turbine, sans avoir à augmenter le diamètre de ses pales, ou encore d'obtenir la même puissance avec un diamètre de pales plus petit. 6) Procédé concernant l'immersion d'un dispositif, du type fluvial, dans le lit d'un cours d'eau, ou d'u bras de cours d'eau, de faible largeur et non navigable, et selon les revendications 1 et 2, caractérisé, en ce que, il est aménagé dans ce milieu fluvial, un semi-barrage artificiel et amo vible, constitué par un épi de fond (21) et deux épis (22), au moins, formant une sorte de " bief ", complétant le rôle du capteur hydraulique (5), ou encore utilisé parfois, pour retrécir la largeur du cours d'eau. Les épis (22), sont génfralement en béton, ils peuvent flotter, être immer gés, et lestés avec des matérieux de forte densité. L'édification de l'épi de fond (21) conjuguée, avec l'immersion des épis (22) et du dispositif, pellet de barrer en partie, le lit du cours d eau, et de diminuer sa largeur, sans modifier le débit. Cela dans le but de doubler, si possible, la vitesse initiale du courant, au-dessus du déversoir artificiel, et de créer, par ailleurs, une énergie potentielle entre les nouveaux niveaux du courant, en amont et au-dessus du déversoir, et en aval du semi-barrage. 7) Procédé selon la revendication 6, caractérisé, en ce que, lorsque le semi barrage est aménagé dans le lit d'un cours d'eau navigable, ltépi de fond (21), comporte an plus, un chenal (24) permettant la navigation. En outre, caracSériséw an ce que, 11 immersion des disposi:ifs, r1 opère an les acco lant, parallèlement les uns aux autres, de façon à barrer partiellement le cours d'eau. 8) Procédé selon les revendications 6 et 7, caractérisé, en ce que, lorsque le dispositif à immerger est du type marin, comportant deux entrées de captage (6) diamétralement opposées, et dotées chacune, d'une ogive (25), permettant à chaque entrée de jouer efficacement et alternativement, le rôle de diffuseur, il est aménagé, dans le milieu marin, deux semi-barra ges artificiels et amovibles (26) et (27) conçus suivant les mêmes prin cipes que celui décrit ci-dessus, et sur lesquels viennent prendre appui les entrées de captage (o) de chacun des dispositifs immergés. 9) Procédé selon les revendications 6, 7 et 8, et selon une autre variante, caractérisé, en ce que, lorsque les courants marins, sont des courants de marée, soumis à l'influence des vagues, il est créé un troisième épi de fond (28) en amont des vagues. Cet épi est constitué par des blocs de béton ou de fonte, immergés, assemblés les uns aux autres de façon à former un semi-barrage artificiel amovible, et demi-circulaire, se refermant aux extrémités de l'ensemble deys dispositifs immergés. Ce troisième épi (28) forme ainsi une sorte de cuvette (29) dans laquelle viennent s'amortir les effets de déferlement des vagues et de la houle. 10) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé, en ce que, 11 énergie totale susceptible d'etre captee par chacun des dis- positifs, du type fluvial et marin, est égale à ltequivalence d'une énergie potentielle egale à : mgH + mgH + mgh = mg (2 H + h).