Brevet FR2920206A1 — publié le 20090227

]Éolienne dotée d'un mât rabattable La présente invention est relative aux éoliennes dotées d'un mât rabattable. Plus particulièrement, l'invention concerne une éolienne comprenant . - un mât s'étendant entre une extrémité inférieure et une extrémité supérieure, étant relié au sol par une articulation et étant monté pivotant autour de ladite articulation entre une position relevée sensiblement verticale et une position rabattue sensiblement horizontale, une nacelle portée par l'extrémité supérieure du mât, cette nacelle comprenant un rotor portant une hélice 15 et entraînant un générateur électrique. Les éoliennes de ce type peuvent ainsi être rabattues en cas de fort vent, notamment dans les zones cycloniques. Le rabattement du mât est en outre utile pour 20 simplifier le montage initial et la maintenance de l'éolienne. Le document FR-A-2 446 930 décrit une éolienne de ce type, dont l'articulation est disposée à l'extrémité inférieure du mât. Une éolienne de ce type a une nacelle 25 particulièrement lourde et nécessite un actionneur (en l'occurrence un vérin hydraulique) particulièrement puissant, ce qui, compte tenu de la longue course nécessaire pour un tel vérin, le rend particulièrement coûteux et techniquement peu adaptable et peu fiable. 30 La présente invention a notamment pour but de pallier cet inconvénient. A cet effet, selon l'invention, une éolienne du genre en question est caractérisée en ce que le générateur est situé à l'écart de la nacelle, à proximité du sol, afin 35 d'alléger la masse de la nacelle. Grâce à ces dispositions, la masse suspendue à l'extrémité supérieure du mât et dans la nacelle est inférieure à l'art antérieur, ce qui permet de faciliter le rabattement et le relèvement du mât. En particulier, lorsque l'éolienne comporte un actionneur intégré (hydraulique ou autre), on peut ainsi réduire fortement la puissance de cet actionneur et donc son coût. Dans divers modes de réalisation de l'éolienne selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : - l'articulation est disposée en une position intermédiaire entre les extrémités inférieure et supérieure du mât, le mât comportant une partie inférieure, située entre l'articulation et l'extrémité inférieure, qui forme contrepoids vis-à-vis de la nacelle et d'une partie supérieure du mât située entre l'articulation et la nacelle (grâce au positionnement susmentionné du générateur, ce contrepoids peut être notablement réduit) ; - l'éolienne comprend en outre au moins un actionneur relié au mât et adapté pour commander un pivotement dudit mât entre la position relevée et la position rabattue (grâce au positionnement susmentionné du générateur, la puissance et le coût de cet actionneur peuvent être fortement réduits); - le générateur est solidaire du sol ; -le générateur comprend un arbre d'entrée sensiblement coaxial à l'articulation ; - le générateur est monté en partie inférieure du mât, pour former un contrepoids vis-à-vis de la nacelle et 30 de la partie supérieure du mât ; - le générateur comprend un arbre d'entrée sensiblement coaxial au mât ; - le générateur comprend un alternateur électrique et une boîte de vitesse, le rotor entraînant la boîte de 35 vitesse qui est elle-même accouplée audit alternateur ; - le mât est rotatif et comprend une partie basse et une partie haute, ladite partie haute étant montée pivotante par rapport à la partie basse selon un axe de rotation parallèle au mât, et le mât comporte en outre un dispositif d'orientation adapté pour faire pivoter la partie haute par rapport à la partie basse afin d'orienter le rotor, ledit dispositif d'orientation étant situé à l'écart de la nacelle, à proximité du sol ; - le mât est rotatif et est relié par l'intermédiaire de ladite articulation à un support qui est monté pivotant autour d'un axe vertical, l'éolienne comportant en outre un dispositif d'orientation adapté pour faire pivoter le support par rapport au sol afin d'orienter le rotor ; - l'éolienne comprend un dispositif de transmission qui transmet le mouvement du rotor au générateur, ledit dispositif de transmission comportant un arbre de transmission monté rotatif dans le mât et s'étendant le long dudit mât ; -l'éolienne comprend un dispositif de transmission qui transmet le mouvement du rotor au générateur, ledit dispositif de transmission comportant une chaîne de transmission montée dans le mât et s'étendant le long dudit mât. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante de plusieurs de ses formes de réalisation, données à titre d'exemples non limitatifs, en regard des dessins joints. Sur les dessins : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'une éolienne selon une première forme de réalisation de l'invention, avec son mât en position relevée, - la figure 2 est un schéma bloc montrant une partie du dispositif de commande de l'éolienne de la figure 1, - la figure 3 est une vue en élévation de l'éolienne de la figure 1, en position rabattue, - la figure 4 est une vue de face de l'éolienne de la figure 1, en position relevée, - la figure 5 est une vue de côté de l'éolienne de la figure 1, en position relevée, - la figure 6 est une vue en coupe verticale de la 10 partie inférieure du mât selon une deuxième forme de réalisation de l'invention, en position relevée, - la figure 7 est une vue en coupe verticale de la partie inférieure du mât selon une troisième forme de réalisation de l'invention, en position relevée, 15 -la figure 8 est une vue en coupe verticale de la partie inférieure du mât selon une quatrième forme de réalisation de l'invention, en position relevée, - la figure 9 est une vue en coupe verticale de la partie inférieure du mât selon une cinquième forme de 20 réalisation de l'invention, en position relevée, - la figure 10 est un schéma simplifié du générateur de l'éolienne, - la figure 11 est une vue de dessus d'une variante du dispositif de transmission de l'invention, 25 - la figure 12 est une vue de côté de l'éolienne selon la variante de la figure 11. Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. Comme représenté sur la figure 1, l'invention 30 concerne une éolienne comprenant : - un mât de support 1 s'étendant entre une extrémité inférieure la et une extrémité supérieure lb, - une nacelle 2 montée, comme cela est connu, pivotante à l'extrémité supérieure du mât de support 1 35 autour d'un axe vertical Z, - un rotor 3 monté rotatif autour d'un axe R sensiblement horizontal et porté par la nacelle 2, le rotor 3 portant une hélice 4 à plusieurs pales 4a adapté pour faire tourner le rotor, - un générateur 30 pour produire de l'énergie électrique, et ayant un arbre d'entrée 33, - un dispositif de transmission du mouvement 40 (visible en figures 4 et 5) reliant et transmettant la rotation du rotor 3 à l'arbre d'entrée 33 du générateur 30. A titre d'exemple non limitatif, le mât de support 1 peut s'étendre sur une hauteur d'environ 50 à 100 m et sa structure métallique peut par exemple peser d'une cinquantaine de tonnes à environ 100 tonnes(en dehors du contrepoids mentionné ci-dessous), tandis que la nacelle 2, y compris le rotor 3 et l'hélice 4, peut peser de 20 à 60 tonnes (sans le générateur). Le mât de support 1 peut être un mât creux de section par exemple sensiblement circulaire ou autre, ayant une largeur qui peut être de l'ordre de 3 à 4 m dans sa partie inférieure. Le mât 1 est monté pivotant autour d'une articulation 5, par exemple un simple pivot, qui permet un pivotement du mat 1 autour d'un axe horizontal Y. Le mat 1 peut ainsi pivoter dans un plan vertical X, Z entre la position relevée représentée sur la figure 1 et une position rabattue représentée sur la figure 3. L'articulation 5 peut relier le mât 1 par exemple à deux flasques latéraux verticaux 6 qui sont ancrés dans un massif de support 7 fixé au sol 8. Le pivotement du mât 1 est commandé par un actionneur V1, par exemple un ou plusieurs vérin(s) hydraulique(s), qui relie(nt) le mât 1 au massif 7 susmentionné. Ce vérin V1 peut être commandé, par exemple depuis un poste de commande 10 situé à proximité de l'éolienne ou à distance, par un dispositif de commande qui peut comprendre notamment, comme représenté sur la figure 2, un microordinateur 12 ou similaire doté d'interfaces habituelles telles qu'un écran 13, un clavier 14 et autre et commandant par exemple un automate 15 (A) qui lui-même commande le vérin Vl. La partie hydraulique de la commande du vérin Vi n'est pas représentée mais est bien connue de l'homme du métier. Comme représenté sur la figure 1, l'articulation 5 peut être disposée en une position intermédiaire entre les extrémités inférieure la et supérieure lb du mât 1, de sorte que la partie inférieure du mât, située entre l'articulation 5 et l'extrémité inférieure la, forme un contrepoids vis-à-vis de la nacelle et de la partie supérieure du mât située entre l'articulation 5 et l'extrémité supérieure lb du mât. Le rapport 11/12 entre la hauteur 11 de la partie inférieure du mât et la hauteur 12 de la partie supérieure du mât peut être compris par exemple entre 10 et 50 %, notamment entre 15 et 25 %. La partie inférieure du mât est de préférence alourdie par un matériau dense, par exemple un contrepoids 16 à base de fonte, de béton, de mâchefer, de sable ou autre, qui peut par exemple présenter une masse comprise entre 20 et 400 tonnes suivant les cas, soit environ 30 à 600 % de la masse représentée par la partie supérieure du mât et la nacelle 2, ou de préférence environ 50 à 300 % de cette masse représentée par la partie supérieure du mât 1 et la masse 12. Le contrepoids 16 peut éventuellement comprendre un matériau dense contenu au moins partiellement dans la structure creuse du mât 1 et débordant le cas échéant latéralement de cette structure creuse au voisinage de l'extrémité inférieure la du mât 1 (lorsqu'il s'agit d'un matériau non cohérent comme par exemple du sable ou du mâchefer, le matériau dense en question est contenu dans une enveloppe rigide en acier ou autre). Dans l'exemple des figures 1 et 3, la partie inférieure du contrepoids 16 forme ainsi une portion sensiblement plane, parallèle au plan X, Z, qui présente par exemple une forme de secteur angulaire ayant une ouverture d'environ 90 , le bord inférieur de ce secteur angulaire formant, à l'extrémité inférieure la du mât 1, un arc de cercle avantageusement centré sur l'articulation 5. Lorsque le mât 1 est en position rabattue, comme représenté sur la figure 3, il peut le cas échéant reposer sur un berceau d'appui 17 fixé au sol, et les pales 4a de l'hélice peuvent également, le cas échéant, reposer sur des plots d'appui. 18 également fixés au sol. Ces plots d'appui 18 destinés à recevoir les pales 4a de l'hélice peuvent le cas échéant être réalisés en matériau souple ou comporter des zones d'appui en matériau souple, pour éviter de détériorer les pales 4a de l'hélice. Avantageusement, le massif 7 peut être réalisé dans une dépression 9 creusée au sol, cette dépression présentant une forme sensiblement complémentaire de la forme de l'éolienne une fois en position rabattue, de façon que cette éolienne n'offre que peu de prise au vent et n'engendre pas de pollution visuelle du paysage lorsqu'elle est en position rabattue. Comme cela est représenté schématiquement en figure 10, l'arbre d'entrée 33 du générateur 30 entraîne un alternateur électrique 32, soit directement (non représenté), soit par l'intermédiaire d'une boîte de vitesse 31 qui entraine elle-même un arbre d'alternateur 35 en entrée de l'alternateur 32. L'alternateur 32 transforme l'énergie mécanique du rotor 3 en électricité, qui est transportée par des câbles électriques 34 vers un réseau de distribution électrique. La boîte de vitesse 31 peut par exemple être 35 destinée à augmenter la vitesse de rotation pour l'alternateur 32, qui peut posséder un nombre de pôles réduit. Ains la vitesse de rotation du rotor 3 peut par exemple être de l'ordre de 30 tours/minutes, la boîte de vitesse peut avoir un rapport de l'ordre de 50 et l'alternateur peut par exemple être une machine asynchrone dont la vitesse de rotation est de l'ordre de 1500 tr/min. Lorsque l'alternateur 32 est une machine synchrone avec de nombreux aimants ou électroaimants (pôles), le générateur peut ne pas comporter de boîte de vitesse. Dans la première forme de réalisation de l'invention, représentée sur les figures 1 à 5, le générateur 30 est montée sur le sol 8, allégeant la nacelle 2 de l'éolienne de cet équipement. Avantageusement, l'arbre d'entrée 33 est alors sensiblement coaxial à l'articulation 5. L'arbre d'entrée 33 peut par exemple traverser un des flasques latéraux 6 et l'articulation 5 pour pénétrer dans le mât 1 de l'éolienne. Dans cette première forme de réalisation, le dispositif de transmission 40 comprend par exemple : - un arbre de transmission 41 situé à l'intérieur de la partie supérieure du mât 1 et porté par au moins deux paliers 43, constitués par exemple par des roulements, - des pignons 42, formant des renvois d'angle à chaque extrémité dudit arbre de transmission 41, afin de transmettre le mouvement de rotation du rotor 3 portant les hélices 4a, vers l'arbre de transmission 41 à l'intérieur du mât 1, puis vers l'arbre d'entrée 33 du générateur 30. Compte tenu du fait que le générateur 30 n'est pas situé dans la nacelle, ni dans la partie supérieure du mât, le contrepoids 16 peut être plus léger, le vérin V1 moins puissant et le générateur 30 qui se trouve au sol 8 peut être entretenu de manière plus aisée. Dans les formes de réalisations suivantes de l'invention, seules les parties différentes de la première forme de réalisation seront décrites. En outre, la nacelle 2 de l'éolienne et l'extrémité supérieure lb du mât 1 étant identiques à la première forme de réalisation, ceux-ci ne sont pas représentés sur ces figures. Dans une deuxième forme de réalisation de l'invention, représentée en figure 6, le générateur 30 est monté dans la partie inférieure du mât 1. L'arbre d'entrée 33 du générateur 30 possède un axe sensiblement coaxial à l'axe de l'arbre de transmission 41, sur lequel il est accouplé. Dans cette deuxième forme de réalisation de l'invention, le générateur 30 est situé dans la partie inférieure du mât 1 et forme un contrepoids, qui permet de réduire encore la masse du contrepoids 16 par rapport à la première forme de réalisation. Le contrepoids 16 peut alors comprendre par exemple uniquement des parties avant 16b et arrière 16a, en forme de secteurs angulaires par exemple, de part et d'autre de l'extrémité inférieure la du mât. Dans une troisième forme de réalisation de l'invention, représentée en figure 7, le générateur 30 est monté dans une partie basse ic de la partie supérieure du mât 1, au dessus et à proximité de l'articulation 5. L'arbre d'entrée 33 du générateur 30 est accouplé à l'arbre de transmission 41 d'une manière identique à la deuxième forme de réalisation de l'invention. Dans cette troisième forme de réalisation de l'invention, la masse du générateur 30 ne forme pas contrepoids, mais allège la nacelle 2, ce qui permet de réduire la masse du contrepoids et la puissance du vérin Vl comme dans la première forme de réalisation. Dans une quatrième forme de réalisation de l'invention, représentée en figure 8, un dispositif d'orientation 50, destiné à orienter le rotor 3 dans une direction correspondant à la direction du vent, est intégré au mât 1 à proximité du sol 8. Dans cette quatrième forme de réalisation, la partie supérieure lb du mât comprend une partie basse le et une partie haute ld montée pivotante par rapport à la partie basse selon un axe de rotation coaxial au mât. Le dispositif d'orientation 50, qui permet de faire 5 pivoter la partie haute ld par rapport à la partie basse ic afin d'orienter le rotor 3, comprend par exemple : - une couronne dentée 51 montée par exemple sur la partie haute orientable ld, - un moteur de commande 52 monté par exemple sur la 10 partie basse lc, ledit moteur de commande entraînant la couronne dentée par l'intermédiaire d'un engrenage (le moteur 52 pourrait bien entendu être solidaire de la partie haute ld et la couronne dentée 51 solidaire de la partie basse lc). 15 Le moteur de commande 52 peut être piloté par le même dispositif de commande 11 que le vérin Vl. Dans cette quatrième forme de réalisation de l'invention, la masse du dispositif d'orientation 50 ne se trouve ni à l'extrémité supérieure lb du mât, ni dans la 20 nacelle 2, mais à proximité du sol. Ceci permet d'alléger encore la masse suspendue en extrémité du mât et de réduire la masse du contrepoids 16 et la puissance du vérin V1. Dans une cinquième forme de réalisation de l'invention, représentée en figure 9, le dispositif 25 d'orientation 50 est fixé au sol 8. Dans cette cinquième forme de réalisation, le mât 1 est relié par l'articulation 5 à un support 54, par exemple en forme de plateau, qui supporte les flasques 6 susmentionnés et qui est monté pivotant autour d'un axe 30 vertical sur une embase 53 solidaire du massif 7 susmentionné. Le dispositif d'orientation 50 peut être similaire à celui décrit dans la quatrième forme de réalisation, avec par exemple un moteur 52 solidaire de l'embase 53, entraînant un engrenage en prise avec une 35 couronne dentée 51 solidaire du support 54 (le moteur 52 pourrait bien entendu être solidaire du support 54 et la couronne dentée 51 solidaire de l'embase 53). Ce dispositif d'orientation 50 permet de faire pivoter le support 54 par rapport au sol afin d'orienter le rotor 3. Dans cette cinquième forme de réalisation, la masse du dispositif d'orientation 50 ne se trouve plus sur le mât, de sorte que la masse du contrepoids 16 et la puissance du vérin V1 peuvent encore être réduites par rapport à la quatrième forme de réalisation. Dans l'ensemble des formes de réalisation précédentes, le dispositif de transmission 40 décrit comprend un arbre de transmission 41 pour transmettre l'énergie mécanique depuis le rotor 3 vers le générateur 30. Dans tous ces modes de réalisation, il est cependant possible d'utiliser d'autres moyens de transmission, tels qu'une chaîne 44 s'étendant à l'intérieur du mât, le long de celui-ci, comme représenté en figures 11 et 12. REVENDICATIONS 1. Eolienne comprenant : - un mât (1) s'étendant entre une extrémité inférieure (la) et une extrémité supérieure (lb), ledit mât étant relié au sol par une articulation (5) et étant monté pivotant autour de ladite articulation entre une position relevée sensiblement verticale et une position rabattue sensiblement horizontale, - une nacelle (2) portée par l'extrémité supérieure du mât, cette nacelle comprenant un rotor (3) portant une hélice (4) et entraînant un générateur électrique (30), caractérisée en ce que le générateur (30) est situé à l'écart de la nacelle (2), à proximité du sol. 2. Eolienne selon la revendication 1, dans laquelle l'articulation (5) est disposée en une position intermédiaire entre les extrémités inférieure (la) et supérieure (lb) du mât, le mât comportant une partie inférieure, située entre l'articulation et l'extrémité inférieure (la), qui forme contrepoids vis-à-vis de la nacelle (2) et d'une partie supérieure du mât située entre l'articulation et la nacelle. 3. Eolienne selon la revendication 1 ou la revendication 2, comprenant en outre au moins un actionneur (Vl) relié au mât (1) et adapté pour commander un pivotement dudit mât entre la position relevée et la position rabattue. 4. Eolienne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le générateur 30 (30) est solidaire du sol. 5. Eolienne selon la revendication 4, dans laquelle le générateur (30) comprend un arbre d'entrée (33) sensiblement coaxial à l'articulation (5). 6. Eolienne selon l'une quelconque des 35 revendications 1 à 3, dans laquelle le générateur (30) estmonté en partie inférieure du mât (1), pour former un contrepoids vis-à-vis de la nacelle (2) et de la partie supérieure du mât. 7. Eolienne selon la revendication 6, dans 5 laquelle le générateur (30) comprend un arbre d'entrée (33) sensiblement coaxial au mât (1). 8. Eolienne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le générateur (30) comprend un alternateur électrique (32) et une boîte 10 de vitesse (31), le rotor (3) entraînant la boîte de vitesse (31) qui est elle-même accouplée audit alternateur (32). 9. Eolienne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le mât (1) est 15 rotatif et comprend une partie basse (1c) et une partie haute (ld), ladite partie haute (ld) étant montée pivotante par rapport à la partie basse selon un axe de rotation parallèle au mât, et le mât comporte en outre un dispositif d'orientation (50) adapté pour faire pivoter la partie 20 haute (ld) par rapport à la partie basse (lc) afin d'orienter le rotor (3), ledit dispositif d'orientation étant situé à l'écart de la nacelle (2), à proximité du sol. 10. Eolienne selon l'une quelconque des 25 revendications 1 à 8, dans laquelle le mât (1) est rotatif et est relié par l'intermédiaire de ladite articulation (5) à un support (54) qui est monté pivotant autour d'un axe vertical, l'éolienne comportant en outre un dispositif d'orientation (50) adapté pour faire pivoter le support 30 (54) par rapport au sol afin d'orienter le rotor (3). 11. Eolienne selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un dispositif de transmission (40) qui transmet le mouvement du rotor au générateur (30), ledit dispositif de transmission 35 comportant un arbre de transmission (41) monté rotatif dansle mât et s'étendant le long dudit mât. 12. Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant un dispositif de transmission (40) qui transmet le mouvement du rotor au générateur (30), ledit dispositif de transmission comportant une chaîne de transmission (44) montée dans le mât et s'étendant le long dudit mât.10