Brevet FR2540567A1 — publié le 19840810

La présente invention concerne le domaine de la production d'énergie, notamment à partir de sources d'énergie renouvelables, et plus particulièrement à partir de l'énergie de la houle, et a pour objet un dispositif de récupération de l'énergie de la houle. Actuellement, les dispositifs de récupération de l'énergie de la houle, notamment en vue de sa transformation en énergie électrique, sont généralement constitués, soit sous forme de dispositifs faisant intervenir des variations de niveau d'une colonne d'eau oscillante, soit sous forme de dispositifs transformant le mouvement alternatif des vagues en un écoulement unidirectionnel, soit encore sous forme de dispositifs mécaniques comportant des parties mobiles entre elles. Les dispositifs utilisant le principe de la colonne d'eau oscillante comportent généralement une turbine entraînée directement par l'eau et reliée à un générateur au moyen d'une surmultiplication ou encore une turbine à air fonctionnant grâce à l'air comprimé par la colonne d'eau et entraînant directement un générateur. Cependant de tels dispositifs ne permettent pas des rendements énergétiques élevés et leur fonctionnement optimal n'est possible que dans une plage de fréquences relativement étroite. Les dispositifs de transformation du mouvement alternatif des vagues en un écoulement unidirectionnel comportent des bassins d'accumulation, à partir desquels l'eau est dirigée vers des turbines d'entraînement de générateurs. Toutefois, ces dispositifs, sensibles à la direction de la houle, sont tributaires, en outre, de la hauteur des vagues, de sorte que leur rendement est relativement faible. De plus, de tels dispositifs nécessitent des ouvrages de génie civil importants devant être construits relativement près des côtes et donc sensibles à la marée. Enfin, les dispositifs mécaniques formés par des parties mobiles entre elles, et qui entraînent, au moyen de leviers, ou analogues, des pompes hydrauliques ou pneumatiques débitant dans des moteurs ou des turbines accouplés à des générateurs, presentent un rendement relativement faible du fait de l'absence de point fixe permettant une utilisa tion maximale des déplacements relatifs. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients. Elle a, en effet, pour objet un dispositif de récupération de l'énergie de la houle caractérlsé en ce qu'il est essentiellement constitué par un élément creux de grande dimension logeant une ou plusieurs génératrices de courant continu entraînée chacune par l'intermédiaire d'un mécanisme de transmission à surmultiplication au moyen d'un arbre moteur logé dans deux paires de paliers de la partie inférieure de l'élément creux et muni près de ses extrémités entre chaque paire de paliers, d'un pignon d'entraînement coopérant avec des chalnes, dont les extrémités sont accrochées à des câbles respectivement d'ancrage dans le sol marin et de liaison à un lest, chaque pignon étant logé dans un puits aménagé entre lesdits paliers de réception, par des accumulateurs de réception du courant débité par la ou les génératrices, et par au moins un alternateur entraîné par un moteur à courant continu, alimenté par les accumulateurs ou directement par la ou les génératrices de courant continu cet alternateur débitant un courant, qui est acheminé à terre, après transformation à haute tension, au moyen de câbles blindés, et en ce que le lest présente une masse telle que la stabilité de lélé- ment creux soit assurée tout en permettant qu'un volume maximal de ce dernier reste émergé L'invention sera mieux comprise grâce à la description ci-après, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue en élévation et en coupe d'un dispositif conforme à l'invention, et la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1 d'une variante de réalisation du dispositif. Conformément à l'invention, et comme le montre plus particulièrement, à titre d'exemple, la figure 1 des dessins annexés, le dispositif de récupération de l'énergie de la houle est essentiellement constitué par un élément creux 1 de grande dimension, dans lequel sont logées des génératrices 2 de courant continu, qui sont entraînées chacune, par l'intermédiaire d'un mécanisme de transmission 3 à surmultiplication, au moyen d'un arbre moteur 4, par un lest 5, par des accumulateurs 6 de réception du courant débité par les génératrices 2, et par un alternateur 7 entraîné par un moteur à courant continu 8. L'arbre moteur 4 est logé dans des paliers 9 de la partie inférieure de l'élément 1 et est pourvu, entre deux paliers latéraux 9, d'un pignon d'entraînement 10, qui coopère avec une chaîne 11, dont les extrémités sont accrochées à des câbles 12 destinés, d'une part, à l'ancrage dans le sol marin 13, et, d'autre part, à la liaison avec le lest 5. Les pignons 10 des arbres 4 sont logés dans des puits 14 aménagés entre les paliers 9 des arbres 4 avec prévision de joints étanches au niveau desdits paliers, de sorte que l'ensemble des mécanismes de transmission 3 est maintenu à l'abri de l'humidité (figure 2). Les pignons 10 sont avantageusement prévus par paire sur l'arbre moteur 4 de part et d'autre du pignon entraîneur du mécanisme 3 pour permettre un bon équilibrage c des charges sur ledit arbre 4. En outre, la prévision d'une paire de pignons 10 par arbre 4 permet également de réduire la charge sur les chaînes ll coopérant avec lesdits pignons 10 ainsi que sur les câbles 12 reliés à ces chaînes, de sorte que leur section unitaire peut être réduite. Les génératrices 2 sont avantageusement sous forme de dynamos réversibles, délivrant un courant continu quel que soit le sens de rotation de l'arbre 4, le mécanisme 3 pouvant également être muni d'un dispositif d'inversion. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, les génératrices 2 peuvent également être constituées sous forme de pompes hydrauliques ou pneumatiques, et le moteur d'entraînement 8 de l'alternateur 7 peut être sous forme d'un moteur hydraulique ou pneumatique, les accumulateurs 6 étant alors remplacés par des réservoirs étanches. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'élément 1 est muni, sous la ligne de flottaison de plusieurs moteurs 15 disposés à intervalles réguliers sur sa périphérie et destinés à assurer son équilibrage en cas de mer forte, ces moteurs étant mis automatiquement en marche par un capteur de position dès qu'une déviation limite de l'élément 1 est dépassée. Comme le montre la figure 1, l'élément l présente avantageusement une forme de champignon, dont la partie inférieure du pied renferme les éléments mécaniques et dont la tête forme un flotteur présentant une faible surface de contact avec la surface de l'eau au niveau de la ligne de flottaison, de sorte que le dispositif présente un bon rendement même avec une houle de faible longueur d'onde. La figure 2 représente une variante de réalisation de l'invention, dans laquelle l'élément creux 1' est sous forme d'une sphère renfermant les éléments mécaniques dans sa partie inférieure. Le lest 5 est calculé de manière à présenter une masse suffisante pour garantir la stabilité de l'élément 1 tout en permettant qu'un volume maximal de ce dernier reste émergé, de telle façon que la prise aux vagues soit maximale, et donc que le rendement soit élevé. A titre d'exemple, les dispositifs représentés aux figures 1 et 2 sont pourvus de quatre génératrices 2 et d'un seul alternateur 7; cependant, les génératrices et les alternateurs peuvent être d'un nombre quelconque en fonction du volume disponible et de la puissance installée. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, la partie mécanique du dispositif logée dans la partie inférieure de l'élément creux 1 est avantageusement séparée de la partie supérieure émergée au moyen d'une paroi étanche, pouvant être munie d'un sas d'accès, et ladite partie supérieure est, de préférence, remplie par un gaz neutre de faible densité, tel que, par exemple, de l'hélium. Le dispositif conforme à l'invention fonctionne de la manière suivante Par mer formée, la crête de chaque vague pousse sur les flans émergés de l'élément 1 en provoquant un déplacement vertical de ce dernier, qui a pour effet de faire monter le lest 5 vers l'élément 1. Ce mouvement du lest 5 consécutif au déplacement de l'élément 1 provoque un actionnement en rotation des arbres 4 par les pignons 10, et ainsi, par l'intermédiaire des mécanismes 3, un entraînement des génératrices 2 qui débitent un courant continu dans les accumulateurs 6, ou directement aux bornes du moteur 8 d'entraînement de l'alternateur 7. Après passage de la crête de la vague sous les parois voisines de la ligne de flottaison, l'élément 1 descend sous l'action du lest 5 jusqu'à arriver dans le creux de la vague l'amplitude de ce déplacement est fonction de la force de la houle.Pendant cette descente, le mouvement relatif entre l'élément 1 et le lest 5 est inverse de celui décrit précédemment, et les génératrices 2 qui sont réversibles, sont entraînées en sens inverse. Le courant continu délivré par les génératrices 2 est destiné à l'entraînement, soit directement, soit par l'intermédiaire des accumulateurs 6, du moteur 8 de l'alternateur 7, qui débite un courant alternatif, qui est transformé de manière connue en soi, et transporté à haute tension, au moyen de câbles blindés, à terre, vers les lieux d'utilisation. A titre d'exemple, le dispositif suivant la figure 1 pourrait présenter un volume supérieur de l'élément 1 d'environ 65 000 m3 et un volume inférieur dudit élément 1 d'environ 30 000 m3, le lest 5 présentant un poids de l'ordre de 10 000 tonnes. Un tel lest peut, par exemple, être constitué par un réservoir rempli de grenaille ou de minerai de fer. Grâce à l'invention, il est possible de réaliser un dispositif de récupération de I'énergie-de la houle permettant un rendement optimal, du fait que son ancrage peut être réalisé en eau relativement profonde. En outre, le mode de stabilisation du dispositif selon l'invention permet son fonctionnement optimal sur une large plage de fréquences sans être tributaire des marées. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments, ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. - R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif de récupération de l'énergie de la houle caractérisé en ce qu'il est essentiellement constitué par un élément creux (1) de grande dimension logeant une ou plusieurs génératrices (2) de courant continu entraînée chacune par l'intermédiaire d'un mécanisme de transmission (3) à surmultiplication au moyen d'un arbre moteur (4) logé dans deux paires de paliers (9) de la partie inférieure de l'élément creux (1) et muni près de ses extrémités, entre chaque paire de paliers (9), d'un pignon d'entraînement (10) coopérant avec des chaînes (11), dont les extrémités sont accrochées a des câbles (12), respectivement d'ancrage dans le sol marin (13) et de liaison à un lest (5), chaque pignon (10) étant logé dans un puits (14) aménagé entre lesdits paliers (9), par des accumulateurs (6) de réception du courant débité par la ou les génératrices (12), et par au moins un alternateur (7) entraîné par un moteur à courant continu (8), alimenté par les accumulateurs (6) ou directement par la ou les génératrices (2) de courant continu, cet alternateur (7) débitant un courant, qui est acheminé à terre, après transformation à haute tension, au moyen de câbles blindés, et en ce que le lest (5) présente une masse telle que la stabilité de l'élément creux (1) soit assurée tout en permettant qu'un volume maximal de ce dernier reste émergé. 2. Dispositif, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les génératrices (2)sont avantageusement sous forme de dynamos réversibles délivrant un courant continu quel que soit le sens de rotation de l'arbre (4), le mécanisme (3) pouvant également être muni d'un dispositif d' inversion. 3. Dispositif, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément (1) est muni, sous la ligne de flottaison de plusieurs moteurs (15) disposés à intervalles réguliers sur sa périphérie et destinés à assurer son équilibrage en cas de mer forte, ces moteurs étant mis automatiquement en marche par un capteur de position dès qu'une déviation limite de l'élément (1) est dépassée. 4. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les génératrices (2) peuvent également être constituées sous forme de pompes hydrauliques ou pneumatiques, et le moteur d'entraînement (8) de l'alternateur (7) peut être sous forme d'un moteur hydraulique ou pneumatique, les accumulateurs (6) étant alors remplacés par des réservoirs étanches. 5. Dispositif, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la partie mécanique du dispositif logée dans la partie inférieure de l'élément creux (1) est avantageusement séparée de la partie supérieure émergée au moyen d'une paroi étanche pouvant être munie d'un sas d'accès, et ladite partie supérieure est, de préférence, remplie par un gaz neutre de faible densité, tel que, par exemple, de l'hélium.