Brevet FR2834757A1 — publié le 20030718

(B) et la cathode de la diode (D2) de roue libre. - 1 - 2834757 La présente invention concerne un dispositif permettant de transformer l'énergie motrice de la houle habituellement appelée énergie vagomotrice en une énergie exploitable telle que, par exemple, l'énergie électrique. L'électricité est historiquement et essentiellement produite à partir de barrages hydrauliques de haute chute ou de basse chute, de centrales thermiques à énergie fossile, de réacteurs nucléaires, d'usines marémotrices, de doublons géothermiques, de systèmes éoliens ou solaires. Ces systèmes dont tous ne sont pas performants ou économiques lorsque l' on considère l' ensemble de la chane de transformation aboutissant au consommateur d'électricité, sont en plus pour certains très polluants ou, pour d'autres, n'engendrent que de faibles quantités d'électricité à un coût élevé. La grande majorité de ces systèmes occupe une surface foncière plus ou moins coûteuse et rare selon le lieu avec parfois des risques industriels pour le voisinage. De plus, certains sites éloignés (les, champs pétroliers "offshore") sont actuellement principalement alimentés par des centrales diesel-électriques qui occupent une part non négligeable de l'espace disponible, ou des charges variables du site comme dans le cas de l'industrie pétrolière "offshore". Leur approvisionnement en fuel est d'autant plus coûteux et parfois sensible à des conditions météorologiques défavorables ou à des problèmes divers de logistique. - 2 - 2834757 Bien que quelques systèmes permettant de récupérer l'énergie des océans soient actuellement en cours d'étude ou de développement technologique, il n'existe aucun système utilisant l'énergie de la houle qui soit capable de produire des quantités substantielles d'électricité à un coût économique. L'invention a donc plus particulièrement pour but de combler cette lacune au moyen d'un dispositif de transformation de l'énergie de la houle mettant en _uvre un appareil flottant relié au fond de la mer par un ancrage spécifique et comportant des moyens permettant de convertir les déplacements verticaux de l'appareil par rapport audit fond en une énergie mécanique et/ou hydraulique exploitable pouvant par exemple être convertie en une énergie électrique. Avantageusement, les moyens de conversion utilisés seront situés sur le support flottant de l'appareil. L'ancrage pourra alors comprendre, d'une part, un premier élément de liaison souple relié par l'une de ses extrémités aux moyens de conversion et par son autre extrémité à un second élément de liaison souple tel que, par exemple, un câble, une chaîne, voire même rigide tel que, par exemple, un tube ou un système mixte, lui-même ancré au fond de la mer et éventuellement maintenu en suspension par des bouces de flottaison. Ces moyens de conversion pourront consister en un circuit hydraulique en boucle fermée, solidaire du support flottant, la circulation du fluide hydraulique à l'intérieur de ce circuit étant assurée au moyen d'un mécanisme de pompage actionné par les susdits éléments de liaison. Bien entendu, ce circuit hydraulique comprendra des moyens de conversion appropriés, pour convertir l'énergie hydraulique dudit circuit par exemple en énergie électrique. Grâce à ces dispositions, le dispositif selon l' invention permet de produire des quantités substantielles d'électricité sans générer de pollution ni utiliser, pour - 3 2834757 son fonctionnement, de sources d'énergies non renouvelables: le dispositif récupère essentiellement l'énergie motrice d'une masse d'eau, soumise aux effets de la houle et des vagues, dite colonne d'eau oscillante, déplaçant verticalement le support flottant selon un cycle qui est fonction de la période, de la longueur d'onde, de l'amplitude de la houle et de l'importance du dimensionnement du support flottant. D'une façon plus précise, le circuit hydraulique pourra comprendre successivement dans le sens de circulation du fluide hydraulique: un réservoir tampon de fluide à basse pression, voire à pression atmosphérique, une tubulure d'admission avec vanne automatisée de nonretour vers le cylindre d'un vérin, dont le piston monté coulissant librement à l'intérieur de ce cylindre, et qui possède un orifice d' alimentation et un orifice d' évacuation de fluide, une tubulure d'évacuation de fluide du cylindre avec vanne automatisée de non-retour, un réservoir pneumatique haute pression, et une tubulure d'évacuation de fluide du réservoir avec vanne automatisée de non-retour vers un moteur hydraulique, une tutulure d'évacuation du moteur hydraulique avec vanne automatisée de non-retour vers le susdit réservoir tampon. Le vérin possède à chacune de ses extrémités des poulies permettant l'enroulement du câble autour du vérin. Au début d'un cycle de houle, par exemple en position basse du support ilottant, le piston est en position déployée et le volume du cylindre rempli par un fluide hydraulique. Une caractéristique du dispositif est que lorsque le flotteur se déplace verticalement vers la créte de la houle, le cable, relié au fond de la mer d'une part et fixé au support flottant d'autre part, subit une tension équivalente à la poussée exercce sur le support flottant par la colonne d'eau oscillante. Il applique par conséquent une force sur le piston, lequel entraine l' expulsion du fluide du cylindre vers le réservoir pneumatique à haute pression décrit ci- dessus. Pendant la phase de montée du support flottant sous l'effet de la houle, le dispositif a donc pour effet de transformer l'énergie motrice de la houle en énergie hydraulique et de l'accumuler dans le réservoir pneumatique à haute pression, réglable selon des critères prédéfinis par l'opérateur, puis de transformer cette énergie hydraulique en énergie rotative par évacuation du fluide du réservoir haute pression, vers un moteur hydraulique. Simultanément, le moteur hydraulique entraîne un générateur d'électricité. Le réservoir pneumatique à haute pression peut éventuellement être alimenté par plusieurs vérins similaires en parallèle de manière à en augmenter la capacité et le débit en fonction de la jauge du support flottant, du potentiel énergétique du site et de la capacité de l'installation hydraulique. Pendant la phase de descente du support flottant vers le creux de la houle, le fluide du réservoir tampon basse pression remplit le cylindre par gravité ou éventuellement avec l'aide d'une petite pompe centrifuge ou d'un réservoir basse pression de manière à repousser le piston en position déployée. Le dispositif est alors prêt à subir l'action d'un nouveau cycle de houle. Le dispositif comprend également des éléments annexes tels qu'un système de régulation automatique des vannes fonctionnant en phase avec le cycle de la houle et des moyens d'ancrage sur le fond sous-marin tels que des lests en béton ou des pieux foncés ou forés selon le site et l' importance de l'installation. A titre d'exemple, le support flottant peut consister en un simple caisson de dimensions modestes, en acier ou en béton, en une barge voire même en un navire de tonnages importants selon la taille du système hydraulique et l'importance de la production électrique envisageable sur le site choisi, en fonction des caractéristiques de la houle dudit site. - 5 - 2834757 Le dispositif selon l' invention est particulièrement destiné à la producti on d'électricité à partir d'unités mobiles flottantes permettant d'alimenter des installations industrielles ou hôtelières "offshore" ou des installations côtières, qui y seraient connectées par un câble électrique sous-marin, en allogeant d'autant l'utilisation d'énergies non renouvelables. La plus ou moins grande profondeur d'eau d'un site n'est pas limitative pour le dispositif dès lors qu'elle permet la flottaison du support flottant choisi en laissant un espace libre suffisant pour l'ancrage spécifique du dispositif sous la coque. Dans le cas de faibles profondeurs d'eau, une variante rigide du système d'ancrage peut étre envisagée. Un mode d'exécution de l' invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence au dessin annexé dans lequel: La figure unique est une représentation schématique permettant d'illustrer le principe d'un dispositif selon l'invention. Sur ce dessin, le support flottant 1 est représenté schématiquement en traits pleins par un caisson étanche de forme parallélépipédique muni d'un puits central vertical traversant P. Sous l'effet de la houle, ce caisson effectue alternativement un mouvement ascendant/descendant entre la position haute (niveau N), indiquée en traits pleins (le niveau d'eau N correspondant à la créte de la houle) et une position basse (niveau N2), représentée partiellement en traits interrompus (le niveau d'eau N2 correspondant aux creux de la houle). Ce support flottant 1 présente une taille choisie en fonction du potentiel énergétique du site. - 6 - 2834757 I1 peut être maintenu en position horizontale par un ancrage caténaire classique, non représenté sur le dessin si nocessaire. Par ailleurs, il est relié au fond de la mer par au moins un câble 2 spécifique au dispositif, qui est connecté par l'une de ses extrémités 3 à un système de châînes ou de tubes 4 ancrés sur le fond de la mer F de manière adéquate. Ce câble 2 passe par le puits P et vient se fixer par son autre extrémité (ancrage 5) sur le support flottant 1, après enroulement autour d'un ensemble déformable comprenant un vérin 6 dont le cylindre 7 est solidaire du support flottant 1 et dont le piston 8 coulisse librement à l'intérieur du cylindre 7. Le vérin 6 est muni à chacune de ses extrémités d'une ou plusieurs poulies G, G2 (respectivement montées sur la tige dudit piston 8 et sur le cylindre 7) ayant pour effet de démultiplier l'effort du câble 2 sur le vérin 6 à la manière 1S d'un palan et de réduire la course nécessaire du piston 8 lorsque le support flottant 1 se déplace vers sa position haute (niveau N') sous l'effet de la houle. Plusieurs de ces dispositifs peuvent être installés en parallèle sur le même support flottant 1 de manière à récupérer une énergie plus importante. La figure unique comprend un deuxième appareil, partiellement représenté, comprenant un câble 2', une poulie G'2 et l'ancrage 5', un vérin 6' comportant un cylindre 7' et un piston 8'. Le nombre d'enroulements du câble 2 autour des poulies G, G2 est déterminé en fonction de paramètres tels que la hauteur maximum de houle prévisible, la pression de service du réservoir haute pression, la course disponible du piston 8, la section du piston 8, la tension de service du câble 2 et le cas échéant, l'amplitude maximum de la marée. Cependant, si cette dernière est très importante un ajustement mécanique de la longueur du câble 2, à l'aide d'un - 7 2834757 treuil non indiqué sur le dessin, pourra être prévu au niveau de l'ancrage S du cable 2 avec le support flottant 1. Lorsque le support flottant 1 est en position initiale basse (niveau N2) le vérin 6 est complètement déployé (position indiquée par la référence 12). Lorsque le support flottant 1 est soulevé sous l'action de la houle (niveau N), vers la créte de cette dernière, le cable 2 se tend pour compenser l'augmentation de la hauteur d'eau entre la position basse de départ (niveau N2) du support flottant et sa position haute (niveau N). L'application de la force qui en résulte sur le piston 8 comprime ce dernier en expulsant le fluide hydraulique au travers d'une tubulure d'échappement 13 équipée d'une vanne de non retour Vn, vers un réservoir pneumatique 14 à haute pression dès que la pression exercce par le piston dépasse la pression de service du réservoir haute pression, jusqu'à ce que le vérin 6 soit en position comprimée (position indiquée par la rétérence 15). En fonction de la taille du support flottant 1, ce réservoir 14 peut recevoir le détit de plusieurs vérins 6 (enkées E, E2, l'entrée E2 étant raccordée au cylindre 6' par la tubulure 13') pour alimenter un moteur hydraulique à haute pression 16, par une tubulure 17 munie d'une vanne automatisée de non-retour Vn2. Le débit de fuite du moteur hydraulique 16 est évacué par une tubulure 18 munie d'une vanne automatisée de non-retour Vn3 vers un réservoir tampon 19, à basse pression ou à pression atmosphérique. Ce réservoir tampon 19 complète le cycle en alimentant le cylindre 7 du vérin 6 par gravité au travers d'une tubulure d'alimentation 20 munie d'une vanne automatisée de non-retour Vn4 ou, alternativement, à l'aide d'un réservoir basse pression ou d'une petite pompe centrifuge non représentés sur le dessin, de manière à repousser le piston 8 en position déployée (position indiquée par la référence 12) pendant le déplacement du support flottant 1 vers sa position basse (niveau N2) dans le creux de la houle. - 8 - 2834757 Il est rappelé que le piston 8 n'a pas à compenser le poids du système spécifique d'ancrage 4 qui est repris par des éléments de flottaison non représentés sur le dessin mais, seulement les frottements mécaniques, les pertes hydrauliques et une très faible longueur du câble 2 comprise entre le S niveau de l'axe des poulies G2 et le niveau de l'extrémité du câble 2. Les mouvements successifs du support flottant 1 vont activer le vérin 6 sous l'action du câble 2 comme une pompe à piston et maintenir la pression de circulation dans le réservoir pneumatique haute pression 14. Le moteur hydraulique 16 peut ainsi entrâîner un générateur électrique 21 en permanence sous l'effet de la houle. 9 2834757 Revendications 1. Dispositif permettant la transformation de l'énergie de la houle au moyen d'un appareil flottant relié au fond de la mer par un ancrage et comportant des moyens permettant de convertir les déplacements verticaux du susdit appareil par rapport audit fond en une énergie exploitable, caractérisé en ce que ledit ancrage comprend au moins un premier élément de liaison souple (2) agissant sur un vérin hydraulique (7) monté dans un circuit hydraulique incluant un moteur hydraulique (16) de manière à ce que l'action de l'élément de liaison sur le vérin lors des déplacements verticaux de l'appareil, engendre dans le circuit hydraulique une variation de débit et/ou de pression permettant l'entrâînement en rotation dudit moteur hydraulique (16). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le vérin hydraulique est muni à chacune de ses extrémités d'une ou plusieurs poulies (G, G2) autour desquelles circule ledit élément de liaison (2). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément de liaison (2) est fixé par l'une de ses extrémités à des moyens d'ancrage (5) solidaires de la structure de l'appareil. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les susdits moyens d'ancrage (5) comprennent un treuil permettant d'ajuster le système de liaison en fonction de l'amplitude de la marée. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'autre extrémité de l'élément de liaison (2) est reliée à un second élément de liaison souple ou rigide (4) ancré au fond de la mer et éventuellement maintenu par des bouées de flottaison. - 10 - 2834757 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le susdit circuit hydraulique comprend, à la sortie du vérin, une tubulure d'échappement (13) munie d'une vanne de non retour (Vn), un réservoir pneumatique à haute pression (14) relié au moteur hydraulique (16) par l'intermédiaire d'une tutulure (17) munie d'une vanne de non retour (Vn2), un réservoir tampon (19) relié au moteur hydraulique (16) par l'intermédiaire d'une tubulure (18) munie d'une vanne de non retour (Vn3), le susdit réservoir tampon (19) étant relié au vérin (6) par l'intermédiaire d'une tubulure (20) munie d'une vanne de non retour (Vn4), le susdit moteur hydraulique (16) actionnant un générateur électrique (21). 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réservoir tampon (19) alimente le susdit vérin hydraulique (6) en fluide hydraulique par gravitation ou par l'intermédiaire d'un réservoir basse pression et/ou d'une pompe. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le vérin (6) comprend un cylindre (7) solidaire de la structure de l'appareil, au moins une première poulie (G2) solidaire du fond du cylindre (7) et un piston (8) dont la tige porte au moins une deuxième poulie (G), l'ensemble constitué par ledit vérin et lesdites poulies constituant un palan autour duquel passe ledit premier élément de liaison (2). 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'appareil comprend plusieurs vérins raccordés à un méme circuit hydraulique et associés à plusieurs éléments de liaison souples respectifs raccordés à un élément de liaison commun ancré au fond de la mer. - 1 1 - 2834757 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'appareil comprend un puits central (P) traversant autour duquel sont disposés les susdits vérins, et en ce que les susdits éléments de