Brevet FR2708903A1 — publié le 19950217

La présente invention concerne un dispositif de propulsion par plan immergé, battant et oscillant et son adaptation à différentes embarcations. Traditionnellement, les embarcations légères sont propulsées par des rames ou des avirons, nécessitant pour un navigateur seul de ramer alternativement à gauche et à droite du bateau pour controler sa direction. Lorsque l'embarcation est un peu large, par exemple un voilier, le mouvement droite-gauche devient pénible et le navigateur utilise alors sa rame en godille, généralement d'un mauvais rendement. Par ailleurs, en dehors d'une utilisation avec un moteur, la propulsion par hélice n'est pas facilement adaptable à toute embarcation : elle nécessite une infrastructure spécifique à base de pédaliers ou de manivelles pour être manipulée par énergie humaine. Enfin, par un beau jour d'été sans vent sur un plan d'eau intérieur, une propulsion par rames ou par hélice ne permet pas de retrouver les sensations de glisse et d'équilibre que procure le surfing (propulsion par énergie potentielle sur les crêtes des vagues) ou la planche à voile (propulsion par I'énergie du vent). Soit un baigneur debout sur une embarcation simple, par exemple une planche à voile sans sa voile : le baigneur peut faire osciller sa planche dans un mouvement de tangage d'avant en arrière. Ce faisant, l'arrière de la planche va alternativement monter et descendre par rapport à la surface de l'eau. Ce mouvement alternatif est utilisé comme mouvement moteur de battement pour propulser la planche par le dispositif selon rinvention. Ce dispositif se compose d'un ou deux bras fixés à l'arrière de la planche, maintenant immergé horizontalement un plan rigide et profilé par un axe parrallèle à son bord antérieur. Ce plan est ainsi déplacé quasi-perpendiculairement à lui-même par le mouvement de battement. La réaction de l'eau tend à faire osciller le plan immergé autour de son bord antérieur. Cette oscillation est contrée par le jeu d'un ou plusieurs éléments élastiques faisant ressort et dont l'action est un effort de rappel pour tenter de maintenir un angle fixe entre le ou les bras et le plan immergé. Le dimensionnement de ces éléments élastiques est tel que suivant les efforts moteurs, le plan immergé oscillera dans un angle d'environ plus ou moins trente degrés par rapport à sa position de repos. Au démarrage de la propulsion, il est possible de transmettre un effort moteur plus important qu'en fonctionnement normal en adjoignant au bras une ou deux butées mécaniques, limitant le débattement angulaire du plan immergé dans un angle de plus ou moins trente à plus ou moins quarante-cinq degrés. Suivant l'embarcation à propulser, le bras maintenant le plan immergé pourra être relié au tableau arrière du bateau par un jeu de biellettes formant parrallélogramme : la biellette supérieure se prolongeant à l'intérieur du bateau pour être manoeuvrée à la main dans un mouvement alternatif vertical. Ce mouvement provoque la montée et descente du bras, donc du bord antérieur du plan immergé qui oscille dans les limites des éléments élastiques et entraîne la propulsion de l'embarcation. L'orientation horizontale de la biellette supérieure permet de contrôler l'orientation de la force de propulsion, donc de contrôler la direction prise par l'embarcation. Pour propulser une embarcation légère sans recherche de performance, on peut simplifier le dispositif en installant Ie plan immergé verticalement et en le déplaçant par un mouvement d'oscillation horizontal de l'extrémité du bras quasi-perpendiculairement à la direction d'avancement. L'orientation de la force de propulsion selon la bissectrice de l'angle d'oscillation du plan par rapport au bras permet de contrôler la direction de l'embarcation. On notera que l'axe d'oscillation du plan immergé est perpendiculaire à la direction d'avancement et qu'il est situé parrallélement au bord antérieur du plan et proche de ce dernier mais non nécessairement confondu avec celui-ci. Le ou les éléments élastiques fixés entre le plan immergé et le ou les bras peuvent être des ressorts de traction et ou compression, ressorts de torsion, hélicoïdaux ou plats, ou constitués de torons, lanières ou blocs de caoutchouc, ou encore barres de torsion, cette liste n'étant pas limitative. Suivant la réalisation du dispositif de propulsion selon l'invention, l'axe d'oscillation du plan immerge et l'élément élastique contrôlant le débattement angulaire peuvent être confondus en une seule pièce déformable élastiquement et fixée entre Ie bras moteur et le plan immergé. D'autres caractéristiques et avantages du dispositif de propulsion selon l'invention apparaîtront encore à travers la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins annexés sur lesquels: La figure I représente une vue d'ensemble de profil d'une planche de surfing à propulsion par entretien du mouvement de tangage. La figure 2 représente une vue schématique de profil du dispositif de propulsion selon l'invention adapté à la manoeuvre portuaire d'un voilier de plaisance. La figure 3 représente une vue de dessus en coupe partielle du mécanisme d'articulation logé dans le plan propulseur (3) de la figure 2. La figure 4 représente une vue schématique d'un dispositif de propulsion simplifié pour barque ou annexe. Suivant la vue d'ensemble de la figure 1, la planche de surfing (1) d'environ soixante centimètres de large par deux mètres de long est réalisée avec un maximum de flottabilité en son centre de façon à présenter naturellement une certaine instabilité de flottaison favorable à un mouvement avant arrière de tangage. A l'arrière de cette planche est fixé un bras (2) plongeant dans l'eau sous la planche d'environ trente centimètres. Pour limiter la résistance à l'avancement, ce bras est profilé. A l'extrémité immergée du bras s'articule par une chape près de son bord antérieur, un plan (3) rigide et profilé d'environ quatre-vingt centimètres par vingt-cinq centimètres, maintenu en position horizontale par un ressort de traction-compression (4). Lorsque le ressort (4) est comprimé à spires jointives et forme butée angulaire mécanique, le plan (3) est orienté dans un angle d'environ trente degrés par rapport à sa position de repos. Le couple de rappel exercé alors par le ressort (4) est d'environ 15mN, de même lorsque le plan (3) est orienté de trente degrés dans l'autre direction. Lors du mouvement de tangage de la planche (1) entretenu par le baigneur debout sur celle-ci le bras (2) transmet un mouvement vertical à l'axe (5) du plan (3). La réaction de l'eau au déplacement du plan (3) fait osciller ce dernier autour de l'axe (5), mouvement limité angulairement par la réaction du ressort (4). Le plan (3), incliné, se déplace alors dans l'eau à la manière d'un coin, chassant le liquide par l'arrière, ce qui par effet de réaction entraîne la propulsion de la planche. On peut démontrer mathématiquement que l'énergie dépensée par le baigneur pour faire tanguer la planche (1), donc actionner verticalement l'axe (5) d'oscillation du plan immergé (3), est transformée en énergie de propulsion horizontale. La valeur de la tangente de l'angle d'oscillation du plan immergé (3) est égale au rapport entre la vitesse de battement [mouvement vertical de l'axe (5)1 et la vitesse d'avancement sur l'eau de l'embarcation. D'un point de vue pratique, un angle d'oscillation du plan (3) important permet la transmission d'une force de propulsion importante pour une faible vitesse d'avancement. Inversement, un angle faible permet d'assurer une grande vitesse de propulsion au détriment de la force de propulsion. L'intérêt de I'élément élastique (4) prend alors tout son sens en adaptant automatiquement l'angle d'oscillation du plan (3) en fonction des efforts et vitesses. Des considérations d'écoulement des fluides autour d'un profil ainsi que les essais pratiques réalisés montrent l'intérêt en matière de rendement, d'un plan (3) propulseur de forme allongée et articulé selon sa plus grande dimension (envergure ). De meme la hauteur de déplacement (mouvement de battement) devrait être supérieure à la longueur du profil. Il sera utile de tenir compte de ces deux remarques dans des réalisations dérivées. Dans l'exemple de la figure 2 et le détail de la figure 3, le bras (2) du dispositif de propulsion fait aussi office de plan de gouverne. Il est relié à sa partie inférieure à un plan (3) horizontal en position de repos, par une barre de torsion (4) fixée en son eentre au bras (2) et à ses extrémités au plan (3). La barre de torsion (4) de la figure 3 assure la fonction d'axe d'articulation (5) et celle d'élément élastique limitant le débattement angulaire du plan (3) en fonction des efforts. L'extrémité inférieure du bras (2) assure également une fonction de butée mécanique angulaire à l'oscillation supérieure du plan (3). Un palier a axe vertical (9) fixé au tableau arrière de l'embarcation assure un guidage en rotation de l'axe (8) supportant à ses deux extrémités une biellette inférieure (7) reliée au bras (2) ainsi qu'une barre de commande (6) dont une extrémité est aussi reliée au bras (2). L'ensemble bras (2), biellette inférieure (7), axe (8) et barre de commande (6) forme un parrallélogramme déformable permettant de déplacer le bras (2) verticalement et horizontalement. La manoeuvre verticale alternative de l'extrémité de la barre de commande (6) à l'intérieur de l'embarcation fourni le mouvement moteur de battement au plan (3), tandis que l'orientation horizontale de cette même barre contrôle la direction d'avancement. D'un point de vue dimensionnement pour une utilisation manuelle, on pourra reprendre les dimensions et couples de torsion préconisés pour l'exemple de la figure 1. Dans le cas d'une propulsion motorisée, on préférera un mouvement de battement lent et un plan de propulsion (3) le plus grand possible en rapport avec l'embarcation à propulser. Dans ce dernier cas, il est à remarquer que l'utilisation d'un dispositif de propulsion conforme à l'invention n'entraîne pas un tirant d'eau supplémentaire à l'embarcation. Dans l'exemple de la figure 4, le bras moteur (2) est constitué d'une fourche à deux branches enserrant le plan de propulsion (3) selon un axe d'oscillation passant à travers de son profil. Un ressort de traction maintien le plan (3) dans l'axe de la fourche du bras (2) en assurant un couple de rappel. Le plan (3) est disposé verticalement. Une barre de commande (6) reliée au bras (2) par l'axe d'un palier (9) vertical fixé au tableau arrière de l'embarcation peut être manoeuvrée horizontalement dans un mouvement d'oscillation. Cette oscillation est transmise aux extrémités de la fourche du bras (2), entraînant un déplacement quasi-perpendiculaire à lui-même du plan (3). Le plan (3) va osciller par rapport à la fourche du bras (2) dans un angle limité par le ressort (4). La résultante des forces est une force de propulsion dirigée selon la bissectrice de l'angle d'oscillation donné à la barre de commande (6), ce qui permet dans un même mouvement de contrôler à la fois la force de propulsion et de diriger l'embarcation. D'un point de vue industriel, le dispositif selon l'invention n'offre aucune difficulté pour réaliser un engin sportif tel que représenté sur Ia figure I ou pour réaliser un dispositif adaptable au tableau arrière des voiliers de plaisance. Il est de même envisageable de réaliser un système à moteur hors-bord avec une palette battante et oscillante moins dangereuse pour l'environnement que l'habituelle hélice de ce genre de dispositif. - REVENDICATIONS 1) Dispositif de propulsion par plan immergé, battant et oscillant pour tout type d'embarcation caractérisé par un ou deux bras (2) transmettant un effort moteur alternatif perpendiculairement à un plan (3) rigide, articulé selon un axe (5) parrallèle à son bord antérieur, oscillant sous les efforts de réaction du fluide dans un angle limité par un élément élastique (4) exerçant un effort de rappel tendant à ramener l'orientation du plan (3) par rapport au(x) bras (2) à sa position de repos. 2) Dispositif de propulsion selon la revendication ci-dessus caractérisé par une ou deux butées mécaniques limitant le débattement angulaire maximum du plan (3) autour de l'articulation (5). 3) Dispositif de propulsion selon les revendications ci-dessus caractérisé par un élément élastique (4) de rappel angulaire du plan (3) assurant en même temps la fonction d'axe d'articulation (5) du plan (3). 4) Dispositif de propulsion selon les revendications cidessus caractérisé par l'utilisation de l'instabilité de flottaison de l'embarcation (1) comme mouvement moteur alternatif de battement. 5) Dispositif de propulsion selon les revendications ci-dessus caractérisé par l'utilisation de biellettes entre le tableau arrière de l'embarcation (1) et le bras (2) faisant office de parrallélogramme déformable pour déplacer le bras (2) perpendiculairement à la surface de l'eau. 6) Dispositif de propulsion selon les revendications ci-dessus caractérisé par l'oscillation de l'extrémité du bras (2) portant l'axe (5) du plan (3) comme mouvement alternatif de battement.