Brevet FR2927958A1 — publié le 20090828

Dispositif pour collecter l'énergie de la houle. La présente invention est relative aux dispositifs pour collecter l'énergie de la houle. Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif pour collecter l'énergie de la houle, comprenant : - un flotteur adapté pour flotter à la surface d'une étendue d'eau soumise à la houle, - un organe mobile monté sous le flotteur et adapté pour se déplacer par rapport au flotteur lorsque le flotteur est déplacé par la houle, - un générateur électrique entraîné par l'organe mobile. 15 Le document WO-A-80/02181 décrit un dispositif de ce type, dans lequel l'organe mobile est une aile pivotante qui se déplace alternativement dans un sens et dans l'autre, selon que la houle fait monter ou descendre le flotteur à la surface de l'eau. Ce dispositif connu 20 présente l'inconvénient d'imposer des mouvements alternatifs au générateur d'électricité et au système de transmission mécanique compris entre l'aile pivotante et le générateur d'électricité, ce qui entraîne une fatigue rapide du matériel. 25 La présente invention a notamment pour but de pallier cet inconvénient. A cet effet, selon l'invention, un dispositif du genre en question est caractérisé en ce que l'organe mobile est une turbine montée rotative autour d'un axe de rotation 30 sensiblement vertical, ladite turbine étant conformée pour qu'un mouvement de balancement du flotteur se traduise toujours par un couple exercé sur la turbine dans un unique sens de rotation prédéterminé. Grâce à ces dispositions, la turbine entraîne le 35 générateur d'électricité toujours dans le même sens, ce qui limite la fatigue du matériel. 10 2 Dans divers modes de réalisation du dispositif selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : - la turbine comporte une pluralité de pales concaves réparties autour de l'axe de rotation et ayant respectivement des concavités orientées sensiblement orthoradialement à l'axe de rotation de la turbine, toutes dans un sens angulaire opposé audit sens de rotation ; - la turbine comporte au moins trois godets ; - les pales sont en forme de godets ; - chaque godet de la turbine présente sensiblement une forme de calotte sphérique ; - le flotteur présente une partie inférieure sensiblement en forme de calotte sphérique ; - le dispositif comporte en outre une colonne s'étendant vers le bas selon un axe longitudinal depuis le flotteur jusqu'à une extrémité inférieure, ladite colonne étant reliée au flotteur de façon à subir des mouvements de balancement lorsque le flotteur se balance à la surface de l'eau, la turbine étant montée à l'extrémité inférieure de la colonne et l'axe de rotation de la turbine étant sensiblement parallèle à l'axe longitudinal de la colonne (on notera que la colonne susmentionnée peut être une colonne creuse solidaire du flotteur et contenant le plus souvent un arbre de transmission, mais cette colonne pourrait le cas échéant être réduite à un arbre de transmission rotatif s'étendant dans l'eau sous le flotteur et portant la turbine à son extrémité inférieure) ; - le générateur électrique est contenu dans le flotteur et est relié à la turbine par un arbre de transmission s'étendant dans la colonne ; - le dispositif comporte en outre un contrepoids réglable verticalement par rapport au flotteur ; - le dispositif comporte en outre des moyens pour 35 régler une distance entre le flotteur et la turbine ; - la turbine est portée par un arbre de 3 transmission qui entraîne le générateur électrique et qui est monté coulissant par rapport au flotteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'une de ses formes de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints. Sur les dessins : - la figure 1 est une vue schématique en perspective montrant un exemple de dispositif de collecte d'énergie selon une forme de réalisation de l'invention, en cours d'utilisation, - la figure 2 est une vue agrandie en perspective du dispositif de la figure 1, dans une première position de fonctionnement, -la figure 3 est une vue en coupe verticale du dispositif de la figure 2, -la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3, -les figures 5 et 6 sont des vues en coupe selon la ligne V-V de la figure 3, montrant le dispositif en cours de fonctionnement, montrant l'effet du balancement de la colonne du dispositif dans deux sens opposés, et - la figure 7 est une vue similaire à la figure 2, montrant le dispositif de collecte d'énergie dans une deuxième position de fonctionnement. Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. La figure 1 montre un dispositif 1 pour collecter l'énergie de la houle, selon une forme de réalisation de l'invention. Ce dispositif 1 comporte un flotteur 2 qui flotte à la surface d'une étendue d'eau 3 soumise à la houle et qui est maintenu en position par exemple par une pluralité d'orins 4 reliés à des ancrages 5 fixés au fond de l'eau. Les orins 4, qui peuvent par exemple être au nombre de 3 et répartis sensiblement à 120° les uns des autres, empêchent le flotteur 2 de dériver et de tourner 4 sur lui-même, mais lui permettent de se balancer à la surface de l'eau selon un mouvement de roulis, sous l'effet de la houle. Le dispositif 1 comporte en outre une colonne 6, qui est solidaire du flotteur 2 et qui s'étend vers le bas selon un axe longitudinal X jusqu'à une extrémité inférieure 7 au niveau de laquelle est montée une turbine 8, rotative autour de l'axe X. Comme il sera expliqué plus en détail ci-après, les mouvements de balancement du flotteur 2 et de la colonne 6 provoquent une rotation de la turbine 8, laquelle entraîne un générateur électrique contenu dans le flotteur 2. L'énergie électrique ainsi produite peut être transportée vers la terre par exemple par l'intermédiaire d'un câble électrique 9. Eventuellement, cette énergie électrique pourrait être utilisée partiellement ou totalement sur le flotteur 2, par exemple si le flotteur 2 est utilisé pour porter une balise lumineuse (non représentée) servant par exemple pour la navigation maritime. Comme représenté plus en détail sur les figures 2 et 3, le flotteur 2 peut par exemple comporter une partie inférieure 10 en forme de calotte sphérique de concavité tournée vers le haut. Cette partie inférieure 10 peut le cas échéant comporter des compartiments étanches remplis d'air, de façon à rendre le flotteur 2 insubmersible. La partie inférieure 10 se prolonge vers le haut par une partie supérieure 11 élargie, qui peut éventuellement présenter elle-même une forme de portion de sphère de concavité tournée vers le haut et de plus grand rayon que la partie inférieure 10. La partie supérieure 11 du flotteur participe ainsi au rappel du flotteur vers sa position de repos lorsqu'il subit des mouvements de roulis. Comme on peut le voir sur la figure 3, ladite partie supérieure 11 du flotteur se trouve au moins partiellement hors de l'eau. La partie supérieure 11 du flotteur peut être recouverte par un pont 12 sensiblement étanche, ce pont 12 s'étendant sensiblement horizontalement dans la position de repos du flotteur. Le pont 12 peut être entouré d'un garde corps 13 ou similaire et être doté de dispositifs 5 d'éclairage 14 permettant de signaler le flotteur 2 aux navires. Le cas échéant, le pont 12 peut servir d'aire d'atterrissage pour hélicoptère. Le pont 12 peut en outre comporter des écoutilles (non représentées) ou autres moyens d'accès permettant à du personnel d'entrer à l'intérieur du flotteur 2. Comme représenté sur la figure 3, le flotteur 2 peut contenir un générateur électrique 15 comportant, d'une part, un rotor 16 monté rotatif autour de l'axe X et, d'autre part, un stator 17 entourant le rotor 16. Le rotor 16 est solidaire d'un arbre de transmission 18 qui s'étend selon l'axe X à l'intérieur de la colonne 6, jusqu'à la turbine 8 dont il est solidaire. L'extrémité inférieure 7 de la colonne 6 forme un palier étanche, empêchant l'entrée d'eau dans la colonne 6. Eventuellement, le rotor 16 pourrait être entraîné par la turbine 8 par l'intermédiaire de tout autre dispositif de transmission que l'arbre 18, par exemple un dispositif de transmission hydraulique. La turbine 8 est conformée pour qu'un mouvement de balancement du flotteur 2 et de la colonne 6 se traduise toujours par un couple exercé sur la turbine dans un unique sens de rotation prédéterminé R (voir la figure 2). A titre d'exemple, la turbine 8 peut par exemple comporter un moyeu 19 solidaire de l'arbre de transmission 18 et doté d'une pluralité de pales concaves 20 qui sont ici des godets en forme de cuillères répartis autour de l'axe de rotation et ayant chacun une concavité orientée orthoradialement à l'axe de rotation X de la turbine, dans le sens angulaire opposé au sens de rotation R susmentionné. Ces godets 20 peuvent être au nombre d'au moins 3 et répartis angulairement autour de l'axe X. Dans l'exemple représenté sur les dessins, la 6 turbine 8 comporte quatre godets 20 disposés à 90° les uns des autres et présentant chacun sensiblement une forme de calotte sphérique, chaque godet comportant ainsi une face intérieure concave 21 sensiblement hémisphérique et une face extérieure convexe 22 sensiblement hémisphérique. La turbine pourrait comporter des pales concaves de formes autres que des godets, ou plus généralement présenter toute forme permettant qu'un mouvement latéral de la turbine se traduise toujours par un couple de rotation exercé sur la turbine 8 dans le sens R. La turbine 8 peut être réalisée en tout matériau connu, par exemple en acier, en fonte, voire en béton. Comme représenté sur la figure 3, l'arbre de transmission 18 peut le cas échéant être monté coulissant selon l'axe X par rapport au rotor 16 et à la colonne 6 dans la direction de la double flèche 23, de façon à pouvoir régler la distance entre la turbine 8 et le flotteur 2. Ce réglage peut être obtenu par exemple par des moyens motorisés connus en soi et non représentés sur les dessins, par exemple un système de réglage à vis sans fin. Il est également possible de prévoir le cas échéant un contrepoids 24 dans la colonne 6 (ou le cas échéant dans ou sur le flotteur 2). Ce contrepoids 24 peut être relié à l'arbre de transmission 18 ou à la colonne 6 elle-même, et il peut éventuellement être lui-même monté coulissant dans la direction de la double flèche 23, de façon à pouvoir régler la hauteur dudit contrepoids 24. Ce réglage peut être effectué par des moyens de réglage connus en soi et non représentés sur les dessins, par exemple un système de réglage à vis sans fin. Comme représenté sur les figures 3 et 4, le rotor 16 du générateur électrique peut le cas échéant comporter un moyeu central 25 engagé sur l'arbre de transmission 18 et solidarisé en rotation avec celui-ci, et un disque 26 de plus grand diamètre, ayant un effet de volant d'inertie, 7 autour duquel sont disposés des pôles magnétiques 27. Les pôles magnétiques 27 peuvent être en grand nombre, de façon à permettre que le générateur électrique 15 fonctionne efficacement même pour une faible vitesse de rotation du rotor 16. Le dispositif qui vient d'être décrit fonctionne comme suit. Comme représenté sur les figures 5 et 6, les mouvements de roulis du flotteur 2 se traduisent par des déplacements alternatifs de la turbine 8 dans des directions opposées aléatoires 28, 29. Quel que soit le sens de déplacement de la turbine 8, ce déplacement exerce une force plus élevée sur les faces concaves 21 des godets orientés dans le sens de déplacement 28, 29, que sur les faces convexes 22 orientées dans le même sens, de sorte qu'il en résulte toujours un couple de rotation de la turbine 8 orienté dans le sens de rotation R. On notera par ailleurs que les mouvements de déplacement verticaux de la turbine 8 dans l'eau se traduisent également par un couple exercé sur la turbine 8 dans le sens de rotation R. Le dispositif peut être utilisé avec l'arbre de transmission 18 en position rétractée, comme représenté sur la figure 2, lorsque la mer est relativement agitée, auquel cas les mouvements de roulis du flotteur 2 génèrent une certaine amplitude de déplacement A de la turbine 8, qui se déplace alors sur des trajectoires similaires à la trajectoire Tl représentée sur la figure 3. Lorsque la mer est moins agitée, il est possible de descendre la turbine 8 en faisant coulisser l'arbre de transmission 18 vers le bas, comme représenté sur la figure 7, auquel cas la turbine 8 se déplace sur des trajectoires analogues à la trajectoire T2 de la figure 3, ce qui permet d'obtenir à nouveau une amplitude A relativement importante de déplacement de la turbine 8 (figure 3). Au cours de l'utilisation du dispositif 1, on peut 8 également déplacer son centre de gravité par un déplacement du contrepoids 24, de façon à modifier la fréquence propre d'oscillations du dispositif 1, pour faire en sorte que cette fréquence propre se rapproche de la fréquence des oscillations de la turbine 8 imposées par la houle. Enfin, on notera que la présence du disque 26 du rotor 16 et/ou l'utilisation d'une turbine 8 lourde, permet de régulariser les mouvements de la turbine 8 et du rotor 16. Il peut également en résulter une trajectoire elliptique de la turbine 8 au cours des balancements du flotteur 2, par effet gyroscopique, ce qui est favorable à l'entraînement de la turbine 8. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour collecter l'énergie de la houle, comprenant : - un flotteur (2) adapté pour flotter à la surface d'une étendue d'eau (3) soumise à la houle, - un organe mobile (8) monté sous le flotteur (2) et adapté pour se déplacer par rapport au flotteur lorsque 10 le flotteur est déplacé par la houle, - un générateur électrique (15) entraîné par l'organe mobile (8), caractérisé en ce que l'organe mobile est une turbine (8) montée rotative autour d'un axe de rotation (X) 15 sensiblement vertical, ladite turbine étant conformée pour qu'un mouvement de balancement du flotteur (2) se traduise toujours par un couple exercé sur la turbine dans un unique sens de rotation prédéterminé (R). 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel 20 la turbine (8) comporte une pluralité de pales concaves (20) réparties autour de l'axe de rotation (X) et ayant respectivement des concavités orientées sensiblement orthoradialement à l'axe de rotation (X) de la turbine, toutes dans un sens angulaire opposé audit sens de rotation 25 (R). 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel la turbine (8) comporte au moins trois pales concaves (20). 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel les pales (20) sont en forme de godets. 30 5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel chaque godet (20) de la turbine présente sensiblement une forme de calotte sphérique. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le flotteur (2) 35 présente une partie inférieure (10) sensiblement en forme de calotte sphérique. 10 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant en outre une colonne (6) s'étendant vers le bas selon un axe longitudinal depuis le flotteur, jusqu'à une extrémité inférieure (7), ladite colonne étant reliée au flotteur (2) de façon à subir des mouvements de balancement lorsque le flotteur se balance à la surface de l'eau, la turbine (8) étant montée à l'extrémité inférieure (7) de la colonne et l'axe de rotation (X) de la turbine étant sensiblement parallèle à l'axe longitudinal de la colonne. 8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel le générateur électrique (15) est contenu dans le flotteur (2) et est relié à la turbine (8) par un arbre de transmission (18) s'étendant dans la colonne. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif comporte en outre un contrepoids (24) réglable verticalement par rapport au flotteur (2). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif comporte en outre des moyens (18) pour régler une distance entre le flotteur (2) et la turbine (8).