Brevet FR2604487A1 — publié le 19880401

La présente invention concerne un capteur ou générateur hydraulique à roue immergée, à axe vertical, à basse vitesse de rotation, par grand débit et faible pression d'eau en giration horizontale dans un tourbillon provoqué par une volute surmontant un entonnoir. L'ensemble est situé dans le bief amont soit au sein de la berge ou de la retenue submergeable d'un cours d'eau à moyenne ou à forte déclivité. Cette dite retenue submergeable crée une réserve d'eau tranquilisée, avec différence de potentiel entre le bief amont et le bief aval. Ainsi partiellement captée au fond du lit,1 à débit constant, l'eau entraîne régulière- ment le générateur. Ce générateur hydraulique de construction robuste et durable est capable de résister à la puissante énergie dynamique de l'eau accélérée, ainsi qu'aux agressions combinées de l'érosion et de la corrosion. Dans L'esprit de recherche d'énergie naturelle renouvelable qu'est la houille blanche, et depuis nos ancêtres, l'écoulement de l'eau a toujours fasciné par son énorme potentiel d'énergie gratuit, mais mal élaboré par la technique rudimentaire de l'époque. A rendement médiocre, les moulins à eau sont devenus désuets, à grand regret pour le pittoresque et le charme de notre environnement. Actuellement, l'énergie marémotrice et l'énergie potentielle des grands barrages nationaux sont rentables, mais d'investissement onéreux, difficiles à situer géographiquement, sans risque de rupture par tremblement de terre, glissement de terrain ou en cas de conflit. La présente invention a pour but de réhabiliter à peu de frais d'aménagement du site, les anciens moulins à eau, par une roue à rotation horizontale qui reçoit sur toutes ses pales, la pression dynamique de l'eau accélérée, à écoulement amélioré par une technologie plus adaptée. Ce générateur est approprié à tous les cours d'eau pourvus d'une certaine déclivité permettant la construction d'une retenue submergeable. Le trop plein de débit du cours d'eau s'échappe par débordement au-dessus de la retenue, entraînant les objets flottants ou semi-flottants. D'autres avantages à cette présente invention apparaitront à la lecture du descriptif et des figures jointes pour la réalisation de ce générateur hydraulique présentant deux applications sur un seul et meme principe ; ces applications dont données à titre illustratif mais non limitatif. Le brevet no 74 41062 de CASANOVAS décrit un autre type de générateur immergé, posé sur le fond du cours d'eau où celle-ci agit sur des pales à position verticale et horizontale, d'inclinaison variable suivant l'écoulement, s'effaçant dans le sens opposé au courant lorsque l'effort est faible ou nul. Ce dispositif est trop complexe, de fiabilité incertaine, par la multiplicité des articulations pouvant etre bloqués à tout instant, par grippage ou par pénétration d'objets entrainés par le courant. La présente invention issue d'un même principe de captage et de génération offre deux types de réalisation pouvant être mis en oeuvre - La figure 1 représente le premier type de générateur, vue de dessus, enterré au sein de la berge de la rive droite. - La figure 2 représente la vue de côté à travers la berge de la rive droite. - La figure 3 représente la vue de face, en amont, côté capteur d'eau. - La figure 4 représente la vue en coupe de la roue. - La figure 5 représente la vue de dessous de la roue avec ses pales galbées. - La figure 6 représente deux générateurs vis-à-vis, enterrés au sein de la berge, rive gauche et rive droite. - La figure 7 représente le second type de générateur jumelés et submergés au sein de la retenue au fond du lit, côté amont du cours d'eau. - La figure 8 représente la vue de côté du générateur submergé, à travers la rive gauche. - La figure 9 représente la vue de face, en amont côté capteur d'eau. - La figure 10 représente la vue de dessus en perspective. L'invention du premier type de générateur hydraulique enterré au sein de la berge (19) est placé latéralement au lit du cours d'eau, sous le niveau du bief amont (1), suivant la figure 1, 2 et 3. Une retenue submergeable (12 constitue une réserve d'eau tranquilisée à différence de potentiel entre le bief amont (1) et le bief aval (11). Partiellement captée au fond du lit de la réserve d'eau tranquilisée du bief amont (1), l'eau traverse une grille de protection (2), verticale, immergée, anti-objets semi-flottants nuisibles à la bonne rotation de la roue (6), puis franchit le seuil de la porte d'arret ou d'isolement (3) du générateur incluse dans le mur de soutien de la berge (13), s'engage dans la canalisation convergente (4) qui l'accélère et la dirige vers la volute (5) en giration, se distribue à la périphérie de la roue (6), la traverse radialement entre ses pales galbées (7) pour en céder sa considérable énergie dynamique (voir fig. 4 et 5). Dans l'entonnoir (8) où est centrée la roue (6), l'eau, soumise à la force centripète du tourbillon, est aspirée par gravité dans le siphon (9) placé sous la roue qui l'oriente et L'évacue derrière la retenue (12) par la canalisation divergente anti-remous (9') débouchant au fond (10) du bief aval (11) s'évitant ainsi un désamorçage par prise d'air. Le débit du cours d'eau non prélevé par le générateur s'échappe par débordement au-dessus de la retenue submergeable (12) entrainant Les objets flottants indésirables. Une vanne avec tuyauterie de mise à air libre (non représentée sur les figures) permet le désamorçage et le drainage du générateur après la fermeture de la porte d'arrêt (3), afin d'assurer les visites de contrôle et les travaux de maintenance par trappe d'accès dans la dalle (16) du puit (16) (17) étanche. L'avantage de ce premier type de construction dans la berge du cours d'eau est appréciable pour transmettre l'énergie mécanique du générateur à la surface, dans le but d'y installer le récepteur électrique ou hydraulique sous abri. Le générateur est suspendu par deux paliers (18) à rouleaux coniques graissés longue durée, étanches à toute souillure, pouvant résister durablement aux fortes contraintes du poids et de la force hydrodynamique. Ces dits paliers (18) sont contenus dans un support pyramidal nervuré (15) et boulonné avec un joint sur la périphérie de la volute (5). L'ensemble tourne et le support se fixe à l'intérieur d'un puit étanche (17) retenant sur le pourtour (16) la terre de remblai de la berge (19). Ce puit favorise l'extraction du générateur par treuillage en cas d'incident ou de travaux d'entretien. L'invention du second type de générateur hydraulique est immergée dans le fond du lit du cours d'eau, du bief amont- (1') suivant figures 7,8 et 9. Ce générateur est constitué par des éléments identiques au premier type de construction, mais contenu au sein de la retenue submergeable (19') vu son emplacement restreint dans un canyon où les berges sont abruptes. La grille de protection (2') inclinée à 450 vers l'aval, dévie les objets semi-flottants vers le haut de la retenue (12') et arrête les pierres trop volumineuses entrainées par le courant. La canalisation convergente (4') est commune en cas de jumelage de générateur avec sens de rotation opposé, suivant la figure 7. Une double porte d'arrêt ou d'isolement (3') ouverte dos à dos permet La mise hors service de l'un ou des deux générateurs en fonction du débit saisonnier. Le ou les puits étanches (17') des supports pyramidaux (15') étant submergés, un sas d'accès (20) est aménagé dans la dalle amovible (16), formant une gaine de protection de l'arbre (14) de roue et en assure le passage par échelle pour le contrôle des paliers (18') Le débit du cours d'eau non prélevé par le ou les générateurs s'échappe par débordement au-dessus de ceux-ci et de la retenue submergeable (12'). Dans le bief amont (1'), à une certaine distance de la grille de protection (2') une porte de grande largeur (22) fermée à l'horizontale, sur le fond du lit, pendant le fonctionnement du ou des générateurs, s'ouvre vers l'aval à la verticale pour prendre appui sur les buttées (21) des murs de soutien des berges, découvrant l'entrée d'un canal de dérivation ou by-pass (23) qui happe et dévie en totalité le débit du cours d'eau (suivant la figure 8) Ce canal de dérivation ou'by-pass (23) chemine sous les générateurs en se partageant en double canalisations divergentes avant la confluence des deux siphons (24) puis franchit le seuil du pied de la retenue (25) pour déboucher au fond du cours d'eau (10') dans le bief aval (11'), ce qui garantie en toute sécurité le contrôle, les travaux de maintenance et le dépierrement de la grille de protection. La vanne, avec sa tuyauterie de désamorçage du ou des générateurs, les commandes des portes d'arrêt ou d'isolement, et du by-pass passent par la gaine de protection d'arbre (20) avec l'échelle d'accès aux paliers. L'avantage de ce second type de construction réside dans son emplacement réduit, étant au sein de la retenue (19') (12') bien pratique en zone montagneuse. D'autres avantages sont appréciables pour l'environnement : la faune et la flore sont préservées par une infrastructure discrète ; le transfert des animaux aquatiques est relativement facile. Une passerelle (non représentée sur les figures) est recommandée pour fixer et abriter le récepteur au-dessus du cours d'eau, tout en assurant l'accès aux générateurs par la gaine de protection de l'arbre (20). L'arbre de transmission de la rote est en métaux inalterabLes,tourné avec un épaulement (26) ou une bague rapportée, pour faire buttée sur le palier supérieur (18)capable de supporter le poids de l'ensemble tournant; des rainures (14') logent les clavettes pour solidariser la roue sur son arbre (14). La roue, avec ses pales galbées longitudinalement est coulée en métaux inaltérables, résistant à l'érosion, et est bloquée sur son arbre par un écrou conique extérieur (27) Le nombre des pales (7) dépend du diamètre de la roue, de 8 à 14, afin d'éviter une perte de charge par frottement ou trainée d'écoulement trop important,nuisible au meilleur rendement. L'ensablement du cours d'eau ne peut compromettre sérieusement l'efficacité du générateur vu la rapidité de l'écoule-ment et le violent brassage de L'eau captée. En fonction de la grandeur du cours d'eau, le générateur peut être doublé, quadruplé ou sextuplé au sein de la berge ou de la retenue suivant les figures (6) (10), ; ils peuvent être commandés à distance, indépendamment, suivant les besoins et les variations du débit. La réalisation de ces deux types de capteurs générateurs. est constituée d'éléments ajustables et transportables, en matériaux stratifiés, en béton armé ou coulé sur place suivant les caractéristiques du modèle. Les joints et les parois doivent offrir une surface de finition interne dépourvue d'aspérité préjudiciable aux meilleurs écoulements laminaires des filets d'eau. Parmi ces deux types de cdnstruction, il peut être envisagé en cas de faible déclivité, de modifier au détriment de la puissance recueillie, le premier type de génération sous la berge, par la capture, l'accélération, la création du tourbillon dans la volute et la mise en rotation de la roue à ciel ouvert. Il est bien entendu que la présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui constitue un exemple auquel de nombreuses modifications peuvent être apportées sans que l'on s'écarte de la présente invention. REVENDICATIONS 1) Dispositif de captage de l'énergie hydraulique, caractérisé par son immersion dans le bief amont, soit enterré au sein de la berge ou submergé au sein de la retenue d'un cours d'eau à moyenne ou à forte déclivité, accentuée par cette dite retenue qui crée une réserve d'eau tranquilisée à différence de potentiel comportant une roue à arbre vertical, centrée dans le tourbillon d'un entonnoir à volute, appelé à être relié à un récepteur électrique ou à une pompe d'irrigation et à un ensemble de canalisations formant un convergent d'accélération, un siphon d'aspiration et un divergent anti-remous d'évacuation de l'eau derrière la retenue, au fond du bief aval. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la capture partielle d'un certain volume de liquide dans la réserve d'eau tranquilisée, au moyen d'une canalisation convergente d'accélération avec entrée sur le fond du cours d'eau, assure l'absence de pénétration d'air. quCneJ 3) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce -Taible retenue submergeable permet une réserve d'eau tranquilisée avec différence de petertielt l'immersion du ou des générateurs en son sein, dans le second type de construction et l'écoulement par trop plein de la réserve d'eau. 4) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une grille de protection située latéralement et parallèlement à la berge ou en oblique, inclinée à 450 vers l'aval, sur le fond du cours d'eau, dans le bief amont, arrête ou dévie les objets flottants ou semi-flottants vers le haut de la retenue pour être entraînés par le débordement. 5) Dispositif selon la revendication 1 et 2 caractérisé en ce qu'une porte d'arrêt ou d'isolement stoppe le générateur, en cas d'insuffisance de débit d'eau ou de travaux d'entretien, entendu qu'une vanne avec sa tuyauterie de mise à air libre en assure le désamorçage et le drainage pour l'accès. 6) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une volute crée la giration du courant d'eau accéléré et le distribue à la périphé rie due la roue, à la partie supérieure de l'entonnoir. 7) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une roue en métaux inaltérables, coulée, assemblée par clavettes sur l'arbre de transmission vertical et bloquée par écrou à sa base, supporte les pales galbées longitudinalement. 8) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un siphon surmonté d'un entonnoir placé sous la roue, aspire par gravité et force centripète le tourbillon d'eau, l'évacuant vers le bief aval par la canalisation divergente anti-remous en débouchant sur le fond du cours d'eau. Revendications 9) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un support pyramidal nervuré suspend par deux paliers graissés longue durée la roue avec son arbre de transmission vertical. Ce dit support est contenu dans un puits étanche à sas d'accès pour le contrôle des paliers et la roue. L'ensemble de génération est boulonné à la périphérie de la volute sur joint pouvant être extrait du puit par treuillage en cas d'avarie ou d'importantes réparations. 10) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une canalisation de dérivation ou by-pass entre le bief amont et aval, dévie sous le ou les générateurs et la retenue. La totalité du débit du cours d'eau, du second type de génération, au moyen d'une porte de grande largeur, située devant la grille de protection, fermée sur le fond du cours d'eau amont, pendant le fonctionnement du générateur qui s'ouvre vers l'aval à la perpendiculaire pour en découvrir l'entrée, afin de drainer en toute sécurité les générateurs.