Brevet FR2513676A1 — publié le 19830401

L'invention concerne une usine marémotrice uti- lisant la différence des niveaux de la mer à marée basse et à marée haute pour obtenir de l'énergie, et comportant au moins une turbine hydraulique, disposée entre un bassin séparé de la mer et la mer elle-même et avec un axe au moins approximativement horizontal, ainsi qu'au moins un conduit de liaison entre le bassin et la mer et au moins un organe de fermeture pour interdire l'écoulement de l'eau à travers la turbine ou le conduit. On connaît déjà des usines marémotrices, qui comportent un bassin ou réservoir séparé de la mer par un barrage ou une digue et dans lesquelles, à marée haute, l'eau de la mer est dirigée, par une turbine hydraulique placée entre deux pertuis avec vannes, dans le bassin cependant qu'à marée descendante, cette voie d'écoulement est fermée par des clapets ou vannes et une autre voie inverse est ouverte depuis le bassin jusqu'à la mer, à travers la tur- bine la turbine ne peut être parcourue que dans le même sens dans les deux phases de la marée et délivre alors de l'énergie dans ces deux phases On est parti ici du principe que pour obtenir l'énergie la plus importante possible, on doit exploiter les deux phases de la marée, donc les deux sens d'écoulement. Dans de pareilles usines marémotrices, qui sont décrites par exemple dans le brevet allemand 98 894 ainsi que dans le brevet français 1 075 360, il est prévu dans le barrage ou la digue une turbine hydraulique, de préférence d'axe vertical, qui présente chaque fois, aussi bien du côté de la mer que du côté du bassin, une entrée et une sortie. Au rythme des marées, et alternativement, l'on ouvre ou l'on ferme chaque fois une entrée d'un côté et une sortie de l'autre au moyen de vannes mobiles Si les deux entrées de la turbine sort fermées en même temps, cela crée, au- dessous d'elle, un conduit libre pour l'écoulement de la mer vers le bassin ou vice-versa. Dans ces usines marémotrices connues il est désavantageux que l'obtention d'énergie ait lieu seulement dan S le phases de la margo durant lecquelles il se p rod -t un changement rapide du niveau de la mer, donc de préférence entre le niveau mnaimum de la mer et son niveau minimum. Mais durant ces périodes, la différence de niveaux qui existe entre les deux c Stés du barrage, et qui est décisive pour le rendement de la turbine, est relativement faible et les pério- des utilisables avec une efficacité intéressante sont relati- vement courtes Il est par ailleurs désavantageux qu'il faille, des deux c 8 tés de la turbine, des organes de fermeture action- nables sous pression et qui sont donc chers et compliqués. De plus la disposition de la turbine avec un axe vertical ainsi qu'avec un alternateur placé sur cet axe exige une hauteur de construction importante pour l'ensemble de l'usine, cependant que le conduit d'écoulement qui est au-dessous de la turbine demande une profondeur de construction supplémen- taire l Ia complication de construction et les frais de pa- reilles usines marémotrices connues étaient donc importants, indépendamment de l'efficacité aucunement optimale et de la fréquence des pannes due à la complexité de l'installation. Par ailleurs il est connu d'après le brevet US 4 261 171 une usine marémotrice comportant une turbine tubulaire à axe horizontal, dans laquelle on prévoit, entre la mer et le bassin, un seul canal d'écoulement Pour per- mettre une production d'énergie, aussi bien à marée montante qu'à marée descendante,-avec le même sens d'écoulement dans la turbine, celle-ci peut pivoter de 1800 Pour permettre un libre afflux de la mer dans le bassin ou inversement, la turbine est déplaçable verticalement ou horizontalement, de sorte qu'un pareil déplacement libère le conduit d'écou- lement Ce qui est désavantageux ici, c'est le mécanisme très coûteux et compliqué pour la rotation et le déplacement de la turbine. Le but de l'invention est d'éliminer les défauts 2 5 1 36 7 6 indiqués de la technique connue ainsi que de créer une usine marémotrice de rendement élevé dans la largeur disponible, tout en réduisant la complication, la hauteur et la prof on- deur de la construction et en réduisant le nombre des or- ganes compliqués et sujets à des pannes. Ce but est atteint suivant l'invention par le fait que le conduit de liaison entre le bassin et la mer est disposé au-dessus de la turbine et qu'un organe de fermeture, prévu d'un seul côté, peut etre déplacé par pression, non équilibrée, de préférence dans le sens vertical, de manière à interdire soit le passage à travers la turbine, soit celui à travers le conduit. Pendant le fonctionnement de cette usine maré- motrice et dans un exemple d'exécution préféré, l'organe de fermeture du côté du bassin, est placé à marée montante de manière que le conduit soit ouvert et que l'eau de mer puisse pénétrer sans entrave dans le bassin A marée descendante ou reflux, l'organe de fermeture est placé par contre de façon que le conduit soit fermé et que l'eau reflue du bassin dans la mer à travers la turbine, en fournissant ainsi de l'énergie Il faut alors seulement un organe de fermeture- pouvant 9 tre déplacé par pression, de préférence sous forme d'une vanne mobile verticalement, cet organe servant à ouvrir et à fermer alternativement aussi bien le conduit que la turbine Ceci est rendu possible spécialement par le fait que le conduit est disposé au-dessus de la turbine, de sorte que toute la largeur du barrage ou de la digue peutêtre exploitée pour obtenir de l'énergie avec des turbines. On a constaté de plus qu'avec une pareille usine marémotrice, dans laquelle, à marée montante, le bassin se remplit vite et dans laquelle de l'énergie est produite seu- lement à marée descendante ou reflux, par l'eau refluant du bassin, on peut obtenir souvent, sur l'ensemble du cycle de la marée, une puissance et un rendement plus grands qu'avec des usines marémotrices dans lesquelles on a essayé de pro- duire de l'énergie aussi bien à marée montante qu'à marée descendante Bien qu'ici l'on ne produise de l'énergie qu'à marée descendante, oil a constaté que les périodes pratique- ment utilisables, dans lesquelles il règne une différence suffisante de niveaux entre le bassin et le niveau de la mer, sont plus longues que dans les usines marémotrices de type connu, de sorte que la puissance et le rendement possibles sont nettement améliorés, indépendamment de la plus grande simplicité de construction; Remarquons cependant que, dans certaines condi- tions topographiques, l'invention est utilisable avantageuse- ment aussi en sens inverse, c'est-à-dire pour une production d' énergie seulement à marée montante et m 9 me, dans certaines conditions, aussi en fonctionnement alternatif dans les deux sens d'é coulement. Dans un développement avantageux de l'invention, on peut prévoir des organes de fermetures supplémentaires attribués à la m 9 me turbine, ces organes pouvant pourtant 9 tre exécutés d'une manière plus simple, de sorte qu'ils ne peuvent être mis en place que quand les niveaux sont égaux - De pareilles vannes supplémentaires peuvent servir à isoler des deux côtés aussi bien la turbine que le conduit, pour permettre une révision de l'installation. l'invention va 8 être expliquée plus en détail à l'aide de quelques formes de réalisation données comme exem- ples et représentées sur les dessins annexés Sur ces dessins: - La figure 1 représente une vue de dessus d'une usine marémotrice. La figure 2 représente une coupe verticale d'une usine marémotrice à marée haute. l Ia figure 3 représente une coupe verticale d'une usine marémotrice à marée basse - La figure 4 représente une autre usine marémo- trice, au moment d'une révision. Sur la figure 1 et sur les suivantes, une anse 2 est séparée de la mer libre 1 par un barrage 3, dans lequel se trouvent les uns à coté des autres plusieurs groupes maré- 1 3 moteurs 4, par exemple trois groupes 4, 4, 43 Cnacun de ces groupes comporte un conduit 4, soit 41, 42 et 43, placé entre la mer 1 et le bassin 2 Sous chacun de ces conduits i 2 3 se trouve une turbine hydraulique 5, soit 5, 52, 53 Du côté du bassin, les conduits 4 ou les turbines 5 sont au choix fermés au moyen chaque fois d'un organe de fermeture i 2 3 6, soit 61, 6 et 63. La figure 2 représente une coupe d'un groupe maré- moteur au moment de la marée haute L'organe de fermeture 6 est mis ici devant l'entrée de la turbine 5, de sorte que cette entrée est fermée, pendant que le conduit 4 est ouvert, de sorte que l'eau venant de la mer 1 peut pénétrer relati- vement vite dans le bassin 2 Comme le conduit 4 peut -prendre tout l'espace au-dessus de la turbine 5, et que sa section est ainsi plus grande que la section active de la turbine, l'afflux de l'eau est très favorisé, sans qu'il y ait perte de place pour la disposition des turbines. La turbine 5 est disposée au-dessous du niveau minimum de l'eau, au moment de la marée basse de manière qu'un écoulement avec cession d'énergie ne puisse se faire que du bassin 2 vers la mer libre 1 Dans l'exemple repré- senté, la turbine est une turbine tubulaire à couronne exté- rieure; elle comporte un corps central 7, qui est ancré au moyen de cloisons 9 dans les fondations 3 du barrage et qui porte une roue 8 ainsi que les pales directrices 71 pouvant être fermées Sur la couronne extérieure 81 de la roue est fixé le rotor 10 d'un générateur électrique, cependant que son stator est logé dans les fondations 3 L'axe de la tur- bine 5 est de préférence horizontal, quoiqu'une inclinaison soit admissible dans une certaine mesure sans que les avanta- ges de l'agencement conforme à l'invention soient perdus. Dans le barrage 3 il est prévu une fente 12 au moins approximativement verticale, une certaine inclinaison étant ici aussi admissible Cette fente est réalisée de sorte qu'à l'intérieur de celle-ci, l'organe de fermeture 6, conçu de préférence comme une vanne-batardeau, puisse glisser vers le bas mêmc sous pressions non qu librées Au-dessus du conduit 4 et au-dessus du niveau maximal de la mer se trouve une salle des treuils 14 comportant un moteur 15, qui permet de remonter l'organe de fermeture 6 dans sa position supé- rieure par exemple au moyen d'un câble 16 Ainsi l'on peut fermer au choix, du côté du bassin, le pertuis 4 ou la turbine et chaque fois avec une différence de niveau des deux côtés du barrage. Alors que la figure 2 représente un groupe maré- moteur dans lequel le passage à travers la turbine 5 est blo- qué par l'organe de fermeture 6, cependant que le conduit 4 est ouvert pour le passage de l'eau, la figure 3 représente le même groupe marémoteur avec l'organe de fermeture 6 soule- vé, le passage à travers la turbine 5 étant ouvert, mais la traversée du conduit 4 étant bloquée Pendant le fonctionne- ment de l'usine marémotrice, l'organe de fermeture 6 est actionné de sorte qu'à marée montante, comme le représente la figure 2, le conduit est ouvert et que l'eau peut s'écou- ler, sans obstacle important, de la mer 1 dans le bassin 2 et le remplir rapidement jusqu'au niveau maximum Dès que cet état est atteint, l'organe de fermeture 6 est soulevé dans la position de la figure 3, de sorte que le conduit 4 est maintenant bloqué Mais le passage à travers la turbine 5 est maintenant ouvert et ceci dans le sens d'écoulement pour lequel de l'énergie est produite L'eau peut maintenant re- fluer du bassin 2, dans la mer libre à travers la turbine, en fournissant de l'énergie Une partie importante de l'en- semble de la phase de la marée peut alors âtre exploitée du niveau d'eau maximum au niveau minimum, de sorte que l'efficacité est optimale. On notera que le dispositif soulevant l'organe de fermeture 6 peut être réalisé de manière que cet organe puisse être sorti complètement du conduit 4 vers le haut. Dans ce cas aussi bien le conduit 4 que la turbine sont ou- verts dans la phase correspondante Ceci est utile quand la turbine 5 est munie d'un distributeur 7, avec lequel elle peut être fermée même sans autre organe de fermeture Dans ce cas l'organe de fermeture 6 sert à fermer la turbine 5 seulement en cas d'urgence, c'est-à-dire en cas de panne du distributeur 71 Une hauteur de construction légèrement plus grande est alors acceptée. Sur la figure 4 est représenté un autre exemple d'exécution d'un groupe marémoteur pendant une révision. Les pièces identiques-à celles des autres figures ont reçu les mêmes chiffres de référence Pour permettre une révision de l'installation, par exemple en cas de panne ou d'entretien périodique, il est prévu un pont roulant 20 au-dessus du niveau maximum de l'eau et du conduit 4 Ce pont peut passer au-dessus des différents groupes marémoteurs et il permet d'amener à terre des pièces de ces groupes, par exemple des pièces de turbine à changer et d'apporter des pièces de rechange Pour l'exécution d'une révision, on met d'abord devant la turbine 5 l'organe de fermeture 6, prévu du c 8 té du bassin Par le conduit ouvert 4 il se produit alors une égalisation du niveau entre la mer libre 1 et le bassin 2. Maintenant d'autres organes de fermeture ou vannes 17, 18 et 19 sont apportés à l'aide du pont 20 et introduits dans l'espace libre de la fente 12, au-dessus de l'organe de fer- meture 6 et dans une autre fente 13, prévue du c 8 té de la mer par rapport à la turbine, de sorte que la turbine 5 et le conduit 4 sont isolés des deux c 8 tés Maintenant la turbine est accessible en ouvrant les couvercles 21 et 22 prévus dans le fond du conduit et on peut entreprendre les travaux nécessaires d'échange de pièces Comme les vannes 17, 18 et 19 ne sont mises en place que lorsque le niveau est égal des deux côtés, elles peuvent être d'une exécution nettement plus simple que l'organe de fermeture 6, qui, en tant qu'organe continuellement utilisé, doit pouvoir être actionné sans diffio par pression non équilibrée Pour la disposition décrite, un seul organe de ce genre suffit donc. Au lieu d'une turbine -tub-alaire à couronne exté- rieure, on a utilisé, dans l'exemple de la figure 4, un autre type de turbine, dit turbine à bulbe, dans lequel l'alter- nateur 23 est disposé à l'intérieur du corps central 7, dans l'axe de la roue 8 On remarquera que, dans le cadre de l'in- vention, d'autres exécutions de turbines hydrauliques peuvent etre utilisées, par exemple des turbines sans distributeur ou avec un distributeur ne pouvant pas se fermer En combi- naison avec un alternateur à vitesse de rotation variable, qui permet, dans tous les états de fonctionnement, c'est-à- dire avec une hauteur de chute variable, de choisir la meil- leure vitesse de rotation pour l'obtention d'un rendement -maximal, on peut obtenir une construction particulièrement simple Il est alors avantageux de prévoir deux organes de fermeture comme organes de fonctionnement, l'un àa l'amont de la turbine, pour le déversement et l'autre à l'aval, dans le tube d'aspiration, pour l'arrêt et de démarrage de la turbine. On peut de même utiliser d'autres organes de fermeture sans sortir du cadre de l'invention ni perdre les avantages techniques offerts par elle. En outre par exemple, au lieu d'un dispositif de levage à câble pour l'organe de fermeture 6, il peut être prévu un dispositif de levage hydraulique Ce dernier présente par exemple dans la partie inférieure du barrage 3, au-dessous de la fente 12, des dispositifs télescopiques de levage 24, qui suivant la phase de-fonctionnement, sont alimentés en huile à la pression nécessaire à la rentrée ou la sortie des éléments télescopiques Ceci a l'avantage de rendre inutile une chambre des treuils et de réduire encore la hauteur de construction De même d'autres exécutions de dispositifs de levage sont possibles dans le cadre de l'invention. 251367 '6 Alors que, ainsi que décrit ci-dessus, le fonctionnement de la turbine est la plupart du temps le plus avaltgeux à 'marée basse et qu'il fournit alxrs c plus d'- nergie, le fonctionnement inverse peut pourtant 8 tre-plus avantageux dans des conditions topographiques spéciales, par exemple quand le bassin n'admet pas de niveau de remplissage particulièrement haut; la turbine est alors traversée à marée haute et le conduit est ouvert à marée basse Mais l'invention n'est pas limitée à un fonctionnement dans un seul sens (simple effet) De même on peut obtenir des avan- tages en fonctionnement réversible, alternativement dans les deux sens (double effet). REVENDICATIOIS 1 Usine marémotrice utilisant la différence des niveaux de la mer à marée basse et à marée haute pour obtenir de l'énergie et comportant au moins une turbine hy- draulique ( 5) disposée entre un bassin ( 2) séparé de la mer ( 1) et la mer elle-même, et avec un axe étant au moins appro- ximativement horizontal, ainsi qu'au moins un conduit ( 4) de liaison entre le bassin et la mer et au moins un organe de fermeture ( 6) pour interdire l'écoulement de l'eau à travers la turbine ou le conduit, caractérisée en ce que le conduit ( 4) est disposé au-dessus de la turbine ( 5) et que l'organe de fermeture ( 6) prévu d'un seul c 8 té peut être déplacé par pression non équilibrée, de préférence dans le sens vertical, de manière à interdire soit le passage à travers la turbine, soit celui à travers le conduit. 2 Usine marémotrice suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe de fermeture ( 6) est constitué par des vannes batardeaux se déplaçant dans des fentes ( 12) qui sont au moins approximativement verticales. 3 Usine marémotrice suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la turbine ( 5) est une turbine tubu- laire comportant un corps central ( 7) et une roue ( 8) tour- nant dans un tube. 4 Usine marémotrice suivant la revendication 3, caractérisée en ce que la turbine ( 5) est une turbine à bulbe, dans laquelle le corps central ( 7) contient un alternateur électrique ( 23). Usine marémotrice suivant la revendication 3, caractérisée en ce que la turbine ( 5) est une turbine à cou- ronne extérieure, la couronne extérieure ( 81) de la roue ( 8) comportant un alternateur électrique ( 10, 11). 6 Usine marémotrice suivant une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que, dans le sens d'écoulement, il est prévu, avant la roue ( 8), un distribu- 1 1 teur 7 pouvant 8 tre fermé. 7 Usine marémotrice suivant une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la turbine ( 5) est disposée et construite de manière à ne fournir de l'éner- i gie que dans un sens d'écoulement, de préférence du bassin ( 2) vers la mer ( 1). 8 Usine marémotrice suivant une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'organe de fer- meture ( 6) peut de plus être déplacé dans une position dans laquelle aussi bien la turbine ( 5) que le conduit ( 4) sont ouverts. 9 Usine marémotrice suivant une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'il est prévu au moins un organe de fermeture supplémentaire ( 17, 18, 19), qui est conçu de manière à 8 tre utilisé en cas d'égalité de niveau entre le bassin ( 2) et la mer ( 1), ou en cas de faible diffé- rence de niveaux et que la turbine ( 5) soit fermée du c 8 té de la mer, le conduit ( 4) pouvant être fermé du coté de la mer et/ou du côté du bassin. 10 Procédé pour l'exploitation d'une usine marémotrice suivant une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'organe de fermeture ( 6) est placé à marée montante de manière que le conduit soit ouvert et qu'un écoulement soit permis de la mer ( 1) dans le bassin ( 2) et qu'à marée descendante, ainsi qu'au commencement de celle-ci il soit placé de manière que le conduit soit fermé et que la turbine soit ouverte pour l'écoulement du bassin ( 2) vers la mer ( 1). 11 Procédé suivant la revendication 10, carac- térisé en ce qu'à marée montante, l'organe de fermeture ( 6) est disposé de manière que la turbine ( 5) soit fermée. 12 Procédé pour l'exploitation d'une usine maré- motrice suivant une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'à marée basse, l'organe de fermeture ( 6) est placé de manière que le conduit soit ouvert et qu'un 251367,6 1 '2 écoulement du bassin ( 2) vers la mer ( 1) soit permis et en ce qu'à marée haute il soit placé de manière que le conduit soit fermé et que la turbirne soit ouverte pour l'écoulement de la mer ( 1) vers le bassin ( 2). 13 Procédé suivant la revendication 12, caracté- risé en ce qu'à marée basse, l'organe de fermeture ( 6) est disposé de manière que la turbine ( 5) soit isolée. 14 Procédé suivant une quelconque des revendi- cations 10 ou 11, caractérisé en ce que, pour une révision de la turbine, le niveau du bassin ( 2) et celui de la mer ( 1) étant égaux, des organes de fermeture supplémentaires ( 17, 18, 19) sont mis en place en même temps, de sorte que la turbine ( 5) et le conduit ( 4) soient fermés aussi bien du côté du bassin que du côté de la mer.