Brevet FR2606835A1 — publié le 19880520

Devant la demande croissante, dans le monde, d'énergie, surtout électrique, et compte tenu des effets nocifs et/ou dangereux de l'emploi des sources d'énergie calorifiques à base de charbon, de pétrole, ou atomiques et, du fait, également de l'utilisation presque totale des ressources en énergie hydraulique, on a été amené à étudier la possibilité d'emploi de nouvelles énergies renouvelables dites propres. Mais, l'énergie solaire, l'énergie éolienne, l'éner- gie par gaz naturel n'ont pas permis de réaliser des installations intéressantes du fait des investissements considérables qu'elles nécessitent. On connaît également des installations de transformation de l'énergie naturelle des vagues ou des marées mais, là encore, les installations sont très coûteuses et peu performantes. I1 existe, dans les pays scandinaves, des installations utilisant l'énergie cinétique des vagues pour la compression et la détente des colonnes d'air afin d'entraîner au moins un groupe d'éoliennes dont l'énergie mécanique est transformee en énergie électrique par entraînement d'un alternateur. Mais, là encore, les rendements sont extrêmement mauvais et les installations fort coûteuses. Aujourd'hui, ces installations restées à l'état de prototypes produisent une énergie électrique beaucoup plus coûteuse que l'énergie électrique produite par l'énergie thermique (charbon, pétrole ou énergie atomique). La présente invention a pour objet de créer une installation de transformation de l'énergie cinétique des vagues en energie mécanique, plus spécialement en énergie mécanique rotative permettant l'entraînement d'un alternateur producteur d'énergie électrique. Dans l'océan, l'énergie solaire crée, par. l'inter- médiaire des vents, trois sortes d'énergie à savoir a) la marée, b) l'énergie thermique due à l'échauffement de l'eau, c) les vagues ou la houle. Cette dernière produite par les vents désigne un mouvement des fluides qui forment une succession de vagues d'amplitude variable suivant la vitesse d'écoulement de l'air produisant le vent. La profondeur d'une longueur d'onde formant la houle détermine l'amplitude et cette valeur verticale correspond sensiblement à 0,2 % de l'amplitude horizontale de 1 ' onde. La présente invention utilise cette relation entre l'amplitude verticale et l'amplitude horizontale de l'onde. Conformément à l'invention, l'installation de transformation de l'énergie cinétique des vagues en énergie mécanique constituant un élément de flottaison supportant à sa partie inférieure par un châssis des moyens de production d'énergie, est caractérisée en ce que ces moyens sont constitués par au moins deux stators composés de pales de direction inverse pour permettre l'entraînement d'une roue ou turbine de façon que le mouvement vertical descendant ou ascendant de la houle provoque une entrée d'eau dans les stators afin d'entraîner en rotation la roue de' turbine qui, à partir de son moyen et d'un arbre, transmet le mouvement de rotation à l'élément tournant de l'alternateur électrique ou génératrice quelconque. Diverses autres caractéristiques de i l'invention res- sortent d'ailleurs de la description détaillée qui sui-t. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexés. La fig. 1 est une coupe diamétrale et schématique d'un double stator et d'un rotor central. La fig. 2 est une coupe élévation schématique de l'installation permettant la transformation de l'énergie cinétique verticale en énergie cinétique horizontale afin d'entraîner une turbine et, de là, un alternateur. La fig. 3 montre une installation de transformation immergée conforme à l'invention et supportée par un caisson flotteur. La fig. 4 montre schématiquement l'accouplement de deux installations avec le sens de rotation du fluide et du stator de chaque installation. A la fig. 1, il est représenté partiellement et schématiquement un stator inférieur 1 et un stator supérieur 2 dont les pales fixes 3 (stator inférieur 1) et 4 (stator supérieur 2) qui sont séparées par une roue centrale à turbine 5. 6 désigne les aubes d'entraînement formant la turbine. Les pales 3 et 4 des stators 1 et 2 forment des aubes directrices de façon que l'eau, sous l'effet de l'amplitude verticale de l'onde, pénètre suivant la flèche F1 (voir fig. 1) et s'échappe suivant la flèche Fz (voir fig. 1). Mais, pendant son passage dans la zone centrale formant la turbine 5 à aube d'entraînement 6, ce courant'd'eau provoque l'entraînement en rotation (voir flèche F3 fig. 2) de la turbine 5 qui est reliée come cela est représenté aux fig. 2 et 3 à un ensemble qui va maintenant être décrit. Comme on le voit à la fig. 2, les deux stators 1 et 2 sont munis en leur centre d'une partie conique double 7 et 8. De plus, ces cônes 7 ou 8 font partie de l'enveloppe extérieure 9 (voir fig. 3) des stators par l'intermédiaire des aubes directrices 3 et 4. Le cône supérieur 8 est relié au support 10 d'un palier 11 à billes supportant l'arbre moteur 12 de la turbine 5 qui est solidaire par son extrémité 12a d'un moyeu latéral 13 de la turbine 5. Comme on peut le voir à la fig. 3, l'enveloppe extérieure séparant les différents organes décrits ci-dessus est maintenue par l'intermédiaire d'un châssis 14 sous le dessous d'un élément flotteur 15 qui surnage à la surface de l'océan et ce flotteur étant convenablement arrimé par des ensembles de câbles 16. Bien entendu, l'élément flotteur 15 a un volume tel qu'il peut supporter l'ensemble des stators tout en permettant le déplacement vertical proportionnel à l'onde horizontale créée par le vent. Le fonctionnement de l'installation est le suivant : Lorsque l'ensemble représenté à la fig. 3 est en place à la surface de l'océan, il subit du fait de la houle des mouvements ascendants et descendants qui suivent les ondes successives formées par les vagues. Lorsque l'onde tend vers son creux, le niveau de 1 'eau sur le flotteur 15 se trouve Cen dessous de sa ligne de flottaison et, de ce fait, le poids de l'ensemble sollicite un mouvement du haut vers le bas et la cloche constituée par les parois extérieures 1 et intérieures 7 du stator inférieur agit comme un piston dans la masse liquide en provoquant une pression dynamique de bas en haut vers l'intérieur qui, sous l'effet des aubes directrices 3, donne à l'eau un mouvement circulaire entraînant en rotation la turbine 5. Cette eau s'évacuera ensuite par le stator supérieur entre les parois 2 et 8 dans le sens indiqué par les flèches F1 et F2 (voir fig. 1). En effet, cette évacuation par le stator supérieur s'effectuera sensiblement à la pression statique du milieu. Dans le cas où l'onde tend vers le haut c'est-àdire que l'ensemble se soulève, le processus est inversé et ce sont les aubes directrices supérieures du stator 2 qui dirigent le courant d'eau vers les pales 6 de la turbine formant aube d'entraînement pour celles-ci, qui conserve son sens de rotation. L'installation telle que sus-décrite est prévue de façon à équilibrer la pression dynamique afin d'obtenir un débit d'eau identique dans le mouvement du haut vers le bas et dans le mouvement du bas vers le haut. La disposition particulière des parois 1 et 7 ou 2 et 8 qui forment des cônes a pour objet d'augmenter la vitesse de passage de l'eau en diminuant la section de passage afin que dans les deux sens de mouvement on obtienne une puissance pratiquement identique malgré les pertes en charge. De même, il est possible également d'envisager que la paroi extérieure des stators soit conique comme cela est représenté à la fig. 2 afin de répondre au même motif que précédemment . Cette disposition permet de ne pas dépasser pour la vitesse linéaire de l'eau celle de l'écoulement lamelaire afin de supprimer toute turbulence de l'eau. Les fig. 1 à 3 montrent une installation d'une seule turbine mais afin d'annuler un couple de réaction F-20 sur les stators, l'installation est double en utilisant deux turbines tournant dans le même sens (F10) que celui qui est représenté à la fig. 4. En effet, les stators 21, 22 sont rendus solidaires en 23 ou sont même monoblocs. Le montage de ce stator se fait en opposition afin d'obtenir un mouvement de rotation des turbines dans le même sens (F 10) pour entrainer l'alternateur en continu et obtenir ainsi une fourniture d'énergie électrique constante. Bien que cela soit maintenant parfaitement connu,il est possible de monter ces installations à bord de plates-formes flottantes équipées de moteur afin de les rendre stables et qui peuvent recevoir toutes indications automatiques pour leur fonctionnement parfait quelles que soient les conditions météorologiques. De même on peut utiliser -la production de cette énergie mécanique ou électrique pour rendre ltensemble autonome en commandant soit par moteur électrique ou mécanique l'arbre d'une hélice de propulsion. D'où la possibilité d'équiper des navires pour leur propulsion par l'énergie de la houle. Possibilité de monter le dispositif sur un mobile se déplaçant le long d'une tour verticale immergée et fixée au fond de la mer pour des profondeurs compatibles ou amarrer le mobile à cette même tour par un parallélogramme déformable REVENDICATIONS 1 - Installation de transformatiofl de l'énergie cinétique des.vagues en énergie mécanique constituant un élément de flottaison (15) supportant à sa partie inférieure par un châssis (14) des moyens de production d'énergie, caractérisée en ce que ces doyens sont constitués par au moins deux stators composés de pales (3, 4) de direction inverse pour permettre l'entraînement d'une roue ou turbine (5) de façon que le mouvement vertical descendant ou ascendant de la houle provoque une entrée d'eau dans les stators afin d'entraîner toujours dans le même sens la rotation de la turbine (5) qui,. à partir de son moyeu et d'un arbre (12), transmet le mouvement de rotation à l'élément tournant de l'alternateur électrique ou tout autre génératrice. 2 - Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les doublesC8he sont montés (à l'ïn- I et 2 térieur des stators opposées cylindro-tronconiques formant Venturi afin d'augmenter la vitesse d'écoulement de l'eau assurant la rotation de la roue à turbine (5). 3 - Installation suivant la revendication 1, carac- térisée en ce que l'on accouple deux éléments double stators (fig. 4) afin d'annuler les couples de réaction sur les stators. 4 - Installation suivant la revendication 1 caractérisée par le fait que l'on peut utiliser la production de cette énergie mécanique où électrique pour rendre l'ensemble autonome en commandant soit par moteur électrique ou mécanique l'arbre d'une hélice de propulsion. 5 - Installation suivant la revendication 1 et 43 caractérisée par le fait de la possibilité d'équiper des navires pour leur propulsion par l'énergie de la houle. 6 - Installation suivant la revendication 1 carac térisée par le montage de l'ensemble monté sur un mobile se déplaçant le long d'une tour verticale immergée et fixée au fond de la mer pour des profondeurs compatibles. On peut également a'çflarrer le mobile à lb tour par un parallelograsame deformable.