Brevet FR2496180A1 — publié le 19820618

La présente invention concerne un dispositif destiné à extraire l'énergie des vagues sur une masse liquide. Un exemple d'un tel dispositif est décrit dans le brevet britannique nO 1 580 805 (brevet des Etats-Unis d1Aitiérique nO 4 164 383) et comprend plusieurs enceintes en forme de sacspartiellement gonflés, réalisés en une matière flexible imperméable et disposées le long d'une colonne alignée sur la direction d'avance des vagues. Les enceintes sont reliées à un circuit de gaz de façon à comprimer un gaz (par exemple de l'air) dans le circuit à mesure que la mer monte et descend autour des enceintes, et une turbine installée dans le circuit extrait l'énergie du gaz comprimé, le dispositif étant désigné ci-après par "dispositif à sacs flexibles de Lancaster". Une variante du dispositif à sacs flexibles de Lancaster est décrite dans le brevet GB-A-2 060 082, et a été exposée dans un article présenté par le Professeur M.J. French à un premier symposium sur l'utilisation de l'énergie des vagues, à l'Université de Technologie de Chalmers, Gothenburg, Suede, les 30 octobre et ler novembre 1979. Dans ce dispositif modifié, des tubes allongés, placés au-dessus des enceintes en forme de sacs, fonctionnent à la fois comme parties du circuit de gaz et comme chambres de flottabilité. Dans une autre forme de dispositif d'extraction de l'énergie des vagues, plusieurs panneaux mobiles sont alignés dans la direction d'avance des vagues et sont exposés à ces dernières de façon que le mouvement des panneaux, en réponse aux vagues, puisse être utilisé pour comprimer un gaz dans un circuit analogue à celui décrit plus haut, des exemples de ce dernier dispositif d'extraction de l'énergie des vagues étant décrits dans les brevets GB-A 2 026 621 et GB-A 2 047 353. Un problème commun qui se pose dans de nombreux dispositifs d'extraction de l'énergie des vagues, y compris les dispositifs décrits plus haut, réside dans la présentation des dispositifs aux vagues, de manière à optimiser le rendement du dispositif Selon la présente invention, un dispositif destiné à extraire l'énergie des vagues sur une masse liquide comporte un corps flottant, un dispositif incorporé dans le corps ou associé à ce dernier pour extraire l'énergie des vagues, au moins une chambre dans le corps ou assujettie à ce dernier, la chambre étant ouverte pour que le liquide y pénètre et étant destinée à être partiellement remplie par ce dernier, de manière à deli- miter un espace au-dessus du liquide qu'elle contient, un dispositif à orifice pouvant être fermé, qui permet à 1'2ir d'entrer dans l'espace supérieur et d'en sortir en réponse aux changements du niveau du liquide dans la chambre, et un dispositif destiné à détecter le mouvement du corps dans le liquide et à délivrer un signal en rapport avec ce mouvement au dispositif à orifice, de manière à commander le fonctionnement dudit dispositif en réponse à ce signal afin d'influencer le mouvement du corps dans le liquide. Avantageusement, il est prévu une chambre à l'avant et/ou à l'arrière du dispositif et la ou les chambres pourraient définir une superficie de plan d'eau correspondant à environ 10 % de la superficie de plan d'eau du dispositif. L'orifice peut etre agencé de manière à faire varier le débit de l'air qui passe à travers lui en réponse audit signal et pourrait comporter plusieurs lames ou volets articulés, ainsi qu'un dispositif destiné a commander la position des volets en réponse au signal. I1 pourrait être prévu un moyen pour introduire de l'air comprimé dans l'espace d'une chambre, de manière à modifier le niveau du liquide dans cette dernière et donc à changer l'effet de flottabilité de ladite chambre. Le dispositif à air comprimé pourrait comprendre une partie du dispositif d'extraction de l'énergie ou un dispositif de stockage de l'air ou bien un dispositif de déplacement de l'air, tel qu'un ventilateur haute pression. Avantageusement, la distance entre la chambre et le centre de déplacement du dispositif correspond au moins à environ la moitié d'une longueur d'onde de la vague à l'endroit où le dispositif doit être utilisé. Le dispositif d'extraction d'énergie pourrait comporter un circuit d'air destiné à être mis sous pression par l'énergie des vagues et une turbine par laquelle l'air du circuit peut 8trie évacué . Le dispositif à orifice pourrait également être relié à un dispositif d'extraction d'énergie de manière à maximiser l'énergie extraite des vagues. Le détecteur pourrait comporter un accéléromètre destiné à détecter une composante locale de soulèvement du dispositif, un inclinomètre stabilisé par gyroscope pour détecter le tangage du dispositif, et une jauge destinée à déterminer lapériode, la longueur et la hauteur des vagues qui avancent. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels la figure 1 représente une coupe transversale schématique d'un dispositif d'extraction de l'énergie des vagues ; la figure 2 illustre à plus petite échelle une coupe schématique suivant la ligne II-II de la figure 1 la figure 3 représente, à plus grande échelle, une coupe fragmentaire d'une extrémité du dispositif de la figure 2 la figure 4 représente une modification de la vue de la figure 3 la figure 5 est une vue dans le sens de la flèche 'A' de la figure 4 la figure 6 représente un schéma d'un circuit de commande et de détection du dispositif des figures 1 et 2 les figures 7a à 7f sont des diagrammes illustrant les variations du soulèvement d'une coque rigide ;; les figures 8a à 8f sont des diagrammes illustrant les variations du tangage de la coque rigide des figures 7a à 7f ; la figure 9 est un diagramme illustrant les changements de tangage de la coque rigide des figures 7a à 8f au cours d'une période de la vague ; et la figure 10 est un diagramme illustrant, au cours d'une période de la vague, le tangage d'une coque rigide analogue à celle de la figure 9, mais en l'absence de l'invention. On va examiner maintenant les figures 1 et 2 qui illustrent un dispositif 10 destiné à extraire l'énergie des vagues d'une masse liquide 16 (par exemple la mer). Le dispositif 10 est en grande partie analogue au dispositif à sacs flexibles de Lancaster décrit dans le brevet GB-A-2 060 082 et comprend une structure allongée il ayant un réservoir gauche de lestage 12 et un réservoir droit de lestage 13 ayant chacun une section triangulaire et longeant, l'un à côte de l'autre, la partie inférieure du dispositif 10 ; lesdits réservoirs se composent de plusieurs compartiments individuels 12a, 13a respectivement, dont chacun est rempli de liquide 16. Au-dessus des réservoirs de lestage 12, 13 se trouvent côte à côte plusieurs chambres gauche et droite de pompage 14, 15, qui longent la structure 11, chaque chambre de pompage 14, 15 étant remplie d'air et délimitée au moins en partie par une paroi flexible 20 en étoffe imprégnée de matière plastique ou matière imperméable flexible relativement épaisse analogue, lesdites chambres étant séparées l'une de l'autre par des cloisons 21 respectives relativement minces en matière imperméable flexible analogue à celle constituant la paroi flexible 20. Un conduit haute pression 25 et un conduit basse pression 26 longent, côte à côte, le dispositif 10 au-dessus des chambres de pompage 14, 15, chaque chambre présentant un orifice de sortie 27 relié au conduit haute pression 25 et un orifice d'entrée 28 relié au conduit basse pression 26. Une enveloppe 30 située au-dessus du conduit haute pression 25 et du conduit basse pression 26 contient une turbo-genératrice 31 ayant un conduit d'entrée 33 relié au conduit haute pression 25 et un conduit de sortie 34 relié au conduit basse pression 26. Chaque compartiment de lestage 12a, 13a peut être vidé d'une manière classique, par exemple à l'aide d'air comprimé par un orifice (non représenté) pour modifier la flottabilité et donc l'assiette du dispositif 10 dans la mer, l'air comprimé étant distribué par un bateau de maintenance ou par le dispositif 10 proprement dit. Une chambre de flottabilité 36 est située près de chaque extrémité de la structure 11 et une chambre stabilisatrice 40 est prévue à chaque extrémité de la structure 11.Chaque chambre stabilisatrice 40 est ouverte à sa partie inférieure pour communiquer avec le liquide 16 et présente à sa partie supérieure un orifice 41 qui peut etre fermé par plusieurs lames ou volets réglables 42 (représentés en position ouverte) afin de régler le débit d'air dans la chambre 40 et hors de cette dernière par l'intermédiaire de l'orifice 41. Les volets 42 pivotent autour d'axes respectifs 44 et sont commandés par un circuit de détection et de commande représenté sur la figure 6 et à laquelle on va se référer maintenant, ledit circuit de commande comprenant un dispositif de détection et de commande 48 relié à des dispositifs électriques respectifs 50 destinés à entralner les volets 42 (non représentés sur la figure 6) de façon à les ouvrir ou les fermer en réponse à un signal délivré par le dispositif de détection 48.Ce dernier comporte un inclinomètre stabilisé par gyroscope (non représenté) et un accéléromètre (non représenté) pour détecter les composantes de tangage et de soulèvement local du mouvement du dispositif 10 respectivement, et il reçoit également des données d'une jauge 52 située à l'avant du dispositif 10 et destinée à déterminer la période, la longueur et la hauteur des vagues qui s'avancent. En se référant à nouveau à la figure 2, le liquide 16 contenu dans les chambres stabilisatrices 40 délimite un espace 46 réservé à l'air aÜ-dessous des volets 4-2 et en synchronisant convenablement l'ouverture des volets 42 (voir figures 2 et 33 ou leur fermeture (voir figures 4 et 5), le mouvement du dispositif 10 dans le liquide 16 peut être influencé d'une manière voulue. En service, le dispositif 10 est aligné parallèlement à la direction moyenne des vagues qui s'avancent, de sorte que les vagues passent le long du dispositif crie indiqué par la ligne 38 sur la figure 2. Ainsi, la paroi flexible 20 de chaque chambre de pompage 14, 15 est soumise à une compression à mesure que la crête de la vague s'élève autour d'elle, de sorte que l'air est refoulé de la chambre de pompage respective 14 ou 15 par l'orifice de sortie respectif 27 dans le conduit haute pression 25 à mesure que la paroi flexible 20 s'affaisse progressivement sous la charge de compression appliquée par la crête des vagues, comme indiqué par les traits interrompus 20a à 20c.L'air contenu dans le conduit haute pression 25 circule par le conduit d'entrée 33 dans la turbo-génératrice 31 pour effectuer un travail utile et de cette dernière i'air s'écoule par le conduit de sortie 34 dans le conduit basse pression 26. Lorsque la crête des vagues passe de façon que le niveau du liquide 16 baisse autour de chaque paroi flexible 20, l'air provenant du conduit basse pression 26 est évacué par l'orifice d'entrée respectif 28 dans la chambre de pompage respective 14 ou 15 et déploie donc la chambre de pompage 14 ou 15 en repoussant sa paroi flexible 20 vers l'extérieur. Cette succession d'affaissements progressifs et de mouvements ultérieurs vers l'extérieur des parois flexibles 20 lors du refoulement et du déploiement associé des chambres de pompage 14 et 15 se poursuit à mesure que les crêtes des vagues se déplacent le long du dispositif 10 et l'énergie électrique produite par la turbo-génératrice 31 représente l'énergie extraite des vagues. Le mouvement du dispositif 10 dans le liquide 16 est influencé par l'action des chambres stabilisatrices 40 de manière à optimiser l'extraction de l'énergie des vagues. Par exemple, si les volets 42 sont maintenus fermés lorsque le liquide 16 monte autour du dispositif 10 à proximité de la chambre stabilisatrice particulière 40, une force ascendante est exercée sur le dispositif 10 par l'air comprimé contenu dans l'espace 46 de cette chambre stabilisatrice 40 lorsque le liquide 16 contenu dans cette dernière monte. En synchronisant convenablement la succession d'ouvertures et de fermetures des volets 42 des deux chambres stabilisatrices 40, cette force ascendante peut être utilisée pour minimiser le tangage du dispositif 10 sous l'effet des vagues et d'une manière analogue, elle peut régler le soulèvement du dispositif 10.Par exemple, on a calculé les ampli- tudes de soulèvement et de tangage d'un modèle hypothétique d'une coque rigide (non représentée) equipée des chambres stabilisatrices 40 fonctionnant au double de la fréquence des vagues,et elles sont représentées graphiquement sur les figures 7a à 7f et sur les figures 8a à 8f,respectivement,à différentes périodes de vagues (T secondes) pour un dispositif d'une longueur de 5,5 m dans des vagues ayant une longueur de 4 m.Les figures 7a à 7f montrent l'effet sur le soulèvement et les figures 8a et 8f montrent l'effet sur le tangage en utilisant une chambre stabilisatrice 40, soit à l'avant, soit à l'arrière de la coque, d'une succession d'ouvertures et de fermetures des volets 42 à une fréquence double de la fréquence des vagues, les volets 42 étant ouverts initialement à un moment qui suit de "t" secondes une référence représentée par l'instant où la varue locale autour de chaque chambre stabilisatrice 40 commence à monter à partir du creux de la vague. Chaque figure 7a à 7f, et 8a à 8f comporte un point inférieur de la courbe qui représente l'instant (t) à partir duquel l'ouverture des volets 42 doit être synchronisée pour assurer des composantes minimales de soulèvement ou de tangage du mouvement de la coque.On va se référer à la figure 9 qui montre l'effet sur le tangage d'une coque 60 à partir de l'ouverture des volets 42 de la chambre stabilisatrice 40 à l'avant de la coque 60 pour une période de vagues de 1,6 seconde et un moment se situant à "t" secondes après l'instant de référence sus-mentionné de la vague locale autour de la chambre stabilisatrice 40. L'angle d'inclinaison de la coque 60 sur la figure 9 représente l'angle de tangage instantané de la coque 60 et cet angle de tangage doit etre comparé, comme on le voit sur la figure 10, avec l'angle de tangage d'une coque 60a analogue à celle désignée par 60 sur la figure 9, mais en l'absence d'une chambre stabilisatrice 40 et dans les mêmes vagues. Bien qu'on ait représenté une chambre stabilisatrice 40 à chaque extrémité du dispositif 10, il est possible de n'en prévoir une qu'à l'une ou l'autre des extrémités du dispositif ou à un autre endroit de ce dernier, par exemple au milieu dudit dispositif 10 et lesdites chambres peuvent être utilisées pour minimiser le roulis du dispositif 10. Pour un dispositif à sacs flexibles de Lancaster, la mise en oeuvre de l'invention a l'avantage de rendre un tel dispositif, avec sa structure allongéelbistable en tangage dans l'eau tranquille, tandis que pour une extraction optimale de l'énergie, le dispositif devrait être sensiblement horizontal. Dans l'eau tranquille, il serait possible d'introduire de l'air comprimé dans l'espace qui lui est réservé alors que le dispositif à orifice est fermé de manière à mettre le dispositif de niveau par rapport au changement de l'effet de flottabilité de la chambre. Cet air comprimé pourrait être délivré par le conduit haute pression 25 ou par des cylindres ou bouteilles de stockage (non représentés) ou bien par un ventilateur haute pression (également non représenté).Cependant, l'invention peut s'appliquer à d'autres dispositifs d'extraction de l'énergie des vagues afin de modifier le mouvement et/ou d'optimiser l'extraction de l'énergie des vagues. Dans la plupart des cas, des chambres stabilisatrices présentant une superficie totale du plan d'eau repré sentant environ 10 % de la superficie totale du plan d'eau du dispositif d'extraction de l'énergie des vagues, sont satisfaisantes. Bien que l'invention ait été décrite par rapport à un dispositif à orifice comportant des volets à deux positions, il est bien entendu possible d'agencer ledit dispositif à orifice de manière à pouvoir faire varier son ouverture pour introduire une résistance variable au debit de l'air passant à travers lui.Eventuellement, l'air passant par le dispositif à orifice pourrait être utilisé comme source supplémentaire d'énergie extraite des vagues. I1 est possible d'utiliser d'autres variantes du dispositif à orifice qui ne comportent pas obligatoirement des volets pivotants. I1 est habituellement commode d'intégrer la ou les chambres stabilisatrices au dispositif, mais pour certaines applications, une chambre stabilisatrice peut etre seulement fixée ou rattachée au dispositif. Le dispositif électrique 50 destiné à entraîner les volets 42 pourrait etre constitué d'un moteur électrique, bien qu'il soit possible d'avoir recours à d'autres dispositifs d'entraînement, par exemple un dispositif électro-hydraulique. REVENDICATIONS i. Dispositif destine à extraire l'énergie des vagues d'une masse liquide et comportant un corps flottant, un moyen incorporé au corps ou associé à ce dernier pour extraire l'énergie des vagues, dispositif caractérisé en ce qUtl présente au moins une chambre (40) dans le corps (11) ou fixé à ce dernier, la chambre (40) étant ouverte pour communiquer avec la masse liquide (16) et étant destinée à être remplie partiellement par cette dernière de façon à délimiter un espace (46) au-dessus du liquide (16) contenu dans ladite chambre un dispositif t41) à orifice fermable pour permettre à l'air de pénétrer dans l'espace (46) et de sortir de ce dernier en réponse au changement du niveau du liquide (16j dans la chambre (4û) et un dispositif (48) destiné à détecter le Itouvement du corps (11) dans la masse liquide (16) et à délivrer au dispositif a orifice (41) un signal en rapport avec ledit mouvement, de façon à commander le fonctionnement du dispositif à orifice (41) en réponse à ce signal, afin d'influencer le niveau du liquide (16) contenu dans la chambre (40) et donc le mouvement du corps (11) dans la masse liquide (16) par rapport à l'effet de flottabilié conferé par la chambre (40). 2. Dispositif selon la revendication 1, carac terisé en ce que le dispositif à orifice (41) est destiné à faire varier le débit de l'air passant à travers lui en réponse aux signaux délivres par le dispositif de detection (48). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la chambre (40) définit une aire de plan d'eau correspondant à environ 10 ,83 de l'aire de -plan d'eau du dispositif (10). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le dispositif à orifice (41) comporte plusieurs lames ou volets arti culés (42) et un dispositif (50) destiné à commander la position des volets (42) en réponse au signal délivré par le dispositif de détection (48). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un moyen pour introduire de l'air comprimé dans l'espace (46) d'une chambre (40) de manière à -faire varier le niveau du liquide dans ladite chambre (40) et à modifier ainsi l'effet de flottabilité exercé par cette dernière. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance entre la chambre (40) et le centre de mouvement du dispositif (10) correspond à au moins la moitié d'une longueur d'onde de la vague à l'endroit où le dispositif (10) doit être utilisé.