Brevet FR2928423A1 — publié le 20090911

- 1 - La présente invention concerne le domaine des appareils qui convertissent l'énergie des vagues et de la houle en énergie électrique. Ces procédés ont notamment les particularités de produire de l'énergie sans émettre de gaz à effets de serre et d'utiliser des sources d'énergie renouvelables inépuisables à l'échelle humaine. On rencontre cependant des limitations dans un grand nombre de ces procédés. Les moyens de liaison comprenant des articulations des différents éléments de ces procédés sont complexes et sensibles aux phénomènes d'usure. Ces procédés peinent à résoudre le problème des modifications du sens d'écoulement de l'eau. L'emprise à la mer de ces procédés est importante. Ils nécessitent souvent une fixation rigide au sol ou au fond de l'eau. Ils sont fragiles face aux tempêtes. Ces procédés sont complexes et coûteux dans leurs mises en oeuvre ainsi que dans leurs entretiens. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. De plus, il vise à fournir un moyen de conversion de l'énergie des vagues et de la houle en énergie électrique ayant les intérêts suivants: 1-les moyens de liaison comprenant des articulations des différents éléments sont robustes et cette robustesse ne dépend que de celle des matériaux employés pour leurs élaborations. 2-l'emprise à la mer du dispositif proposé est faible. 3-l'installation dans le principe et la mise en oeuvre de l'appareil proposé est simple et robuste. 4-ses coûts de fabrication et d'entretien sont peu élevés. 5-l'appareil proposé peut être installé et peut 35 fonctionner dans des endroits ou le niveau de la mer est peu profond. 6- le dispositif ne nécessite pas de fixation rigide au sol ni au fond de la mer. 7-l'appareil proposé peut générer de l'électricité 40 dans toutes les positions. 2928423 - 2 - 8-l'appareil proposé est indépendant du sens de la houle et des vagues. 9-de par la simplicité des éléments le composant, la maintenance technique de l'appareil proposé est 5 aisée à exécuter. 10-on sait que les particules d'eau sont animées d'un mouvement proche d'un mouvement circulaire ou ellipsoïdal lorsqu'elles sont soumises à la houle, l'appareil proposé tend à utiliser au mieux ce 10 mouvement. Selon le premier mode de réalisation de l'invention, illustré à titre non limitatif par la figure 1, le dispositif proposé est destiné à être 15 immergé dans l'eau. Il est composé d'une armature rigide (1) délimitant en son intérieur un volume libre (2) ayant la forme d'une demi-boule. Sur la partie sphérique de l'armature est fixée aux bras de celles-ci (3), tangentiellement au volume libre (2), une 20 pluralité d'enroulements (4). Ces enroulements sont tous disposés à une distance égale d'un point d'attache (5) situé au centre de la boule dont une des demi-boule forme le volume libre (2) cité précédemment. A ce point d'attache (5) est fixé l'extrémité d'un câble (6) dont 25 l'autre extrémité est fixée à un élément fermé (7) ayant lui aussi la forme d'une demi-boule. Tangentiellement à la surface de cet élément (7) se trouve fixé une pluralité d'aimants (8). Le câble (6) et l'élément fermé (7) sont dimensionnés de telle 30 sorte que lorsque le câble (6) est tendu l'élément fermé (7) et les aimants(8) fixés tangentiellement à sa surface soient eux-mêmes tangents à chaque enroulement(4) lorsqu'ils se trouvent face à eux sans toutefois pouvoir jamais entrer en contact avec eux. De :35 plus, l'élément fermé (7) est dimensionné de telle sorte que la masse volumique de l'ensemble constitué de l'élément fermé (7), des aimants(8) et du câble (6) fixés à lui soit légèrement inférieure à celle de l'eau dans laquelle le dispositif est immergé. Fixé sur la 40 partie sphérique de l'armature (1) on trouve un 2928423 - 3 - flotteur (9). Les dimensions et la masse volumique de ce flotteur (9) permettent d'assurer la flottabilité de l'ensemble du dispositif. Lorsque le dispositif est immobile et à l'équilibre, immergé dans l'eau immobile, 5 le flotteur (9) ainsi que la symétrie de l'armature (1) et le poids de celle-ci permettent de maintenir le dispositif en position verticale. De plus, l'élément fermé (7) se soulève jusqu'à ce que le câble (6) se tende de telle sorte que les aimants(8) fixés 10 tangentiellement à la surface de l'élément fermé (7) soient proche des enroulements (4). En présence de houle ou de vagues, la partie du dispositif constituée de l'armature rigide (1) du flotteur (9) et des enroulements (8) bascule avec une amplitude et une 15 vitesse différentes de celles de la partie du dispositif constituée par le câble (6) et l'élément fermé (7). Ainsi les positions relatives des aimants (8) par rapport aux enroulements (4) varient. Il s'ensuit une variation de champs magnétique au niveau 20 des enroulements se trouvant proches des aimants à ce moment et donc une création de courants au niveau de ces enroulements. Un filet (10) fixé à la partie sphérique de l'armature et au point d'attache (5) permet de limiter la course de l'élément fermé (7) et 25 d'éviter ainsi que celui- ci ne heurte la partie plate de l'armature rigide (1). On va maintenant détailler un élément optionnel du dispositif permettant de séparer la partie positive du signal électrique généré, de sa partie négative. Cet élément est illustré à titre 30 non limitatif par le schéma de la figure 2. Chaque extrémité (11) de chaque enroulement (4) est en contact avec deux diodes (12) branchées en parallèles et en sens inverse l'une par rapport à l'autre. Le courant généré dans les enroulements voit donc sa partie négative orientée sur une portion de circuit (la cathode d'un système produisant de l'hydrogène par exemple) qui peut être totalement différente de celle (l'anode d'un système produisant de l'hydrogène par exemple) sur laquelle la partie positive du signal électrique est orientée par les diodes. 2928423 - 4 - Selon un deuxième mode de réalisation illustré à titre non limitatif par la figure 3, le flotteur (9) est fixé sur la partie plane de l'armature (1) et l'élément fermé (7) est dimensionné de telle sorte que 5 la masse volumique de l'ensemble constitué de cet élément fermé (7) et des aimants (8) fixés à lui soit légèrement supérieure à celle de l'eau dans lequel le dispositif est immergé. Le fonctionnement du dispositif face à la houle ou aux vagues reste le même qu'au mode 10 de réalisation précédent. Selon un troisième mode réalisation illustré à titre non limitatif par la figure 4, les armatures, enroulements, câbles, aimants et éléments fermés cités dans les deux modes de réalisation précédents sont 15 associés. L'armature du premier mode de réalisation est fixée à celle du deuxième mode de réalisation sur celle-ci selon la figure 4. Le flotteur est fixé sur la première armature. L'élément fermé (7a) dont la masse volumique est supérieure à celle de l'eau est fixé par 20 le câble à l'armature du dessous. L'élément fermé (7b) dont la masse volumique est inférieure à celle de l'eau est fixé par le câble à l'armature du dessus. Le fonctionnement du dispositif ainsi obtenu face à la houle ou aux vagues reste le même qu'aux modes de 25 réalisation précédents. On va maintenant détailler six modes de réalisation compatibles avec les modes de réalisation précédents et tous compatibles entre eux. Selon un quatrième mode de réalisation, dont la 30 combinaison avec le premier mode de réalisation est illustré à titre non limitatif par la figure 5, sous l'armature (1), se trouve fixée à celle-ci un lest (13). Le lest permet d'abaisser le centre de gravité de l'élément constitué de l'armature (1) et d'augmenter 35 ainsi la stabilité de l'armature (1). Selon un cinquième mode de réalisation dont le détail de l'élément fermé (7) sur lequel sont fixés les aimants est illustré partiellement à titre non limitatif par la figure 6 et dont la combinaison avec 40 le premier mode réalisation est illustré à titre non 2928423 - 5 - limitatif par la figure 7, cet élément fermé (7) sur lequel sont fixés les aimants (8) est équipé d'aubages (14). Ainsi l'effet de la houle ou des vagues sur cet élément (7) est amplifié. De plus le câble maintenant 5 l'élément fermé (7) peut être relié à lui par une liaison rotule augmentant ainsi le degré de liberté de l'élément fermé (7). Selon un sixième mode de réalisation, l'armature (1) est reliée au flotteur (9) par un câble. 10 Selon un septième mode de réalisation, l'armature (1) est reliée au lest (13) par un câble. Selon un huitième mode réalisation, illustré partiellement à titre non limitatif par la figure 8 et dont la combinaison avec le premier mode réalisation 15 est illustré à titre non limitatif par la figure 9, le point d'attache (5) et l'élément fermé (7) sont lié l'un à l'autre par deux câbles entre lesquels se trouve fixé un dispositif constitué d'un axe rigide (15) et d'un plateau rigide (16) fixés rigidement l'un à 20 l'autre. L'axe (15) est perpendiculaire au plateau (16). Un des deux câble a une de ses deux extrémités fixée au point d'attache (5) et l'autre extrémité est fixée à une des deux extrémités de l'axe (15). L'autre câble a une de ses extrémité fixée à l'élément fermé 25 (7) et son autre extrémité fixée à l'extrémité resté libre de l'axe (15). Lorsque la houle frappe le plateau, celui-ci ainsi que l'axe basculent et par conséquent l'élément fermé (7) s'éloigne des enroulements (4) en face desquels il se trouve à ce 30 moment créant ainsi une variation de champs magnétique et donc du courant dans l'enroulement. Lorsque l'action de la houle sur le plateau s'atténue l'élément fermé (7) se rapproche à nouveau des enroulements créant ainsi à nouveau du courant. 35 Selon un neuvième mode de réalisation, illustré partiellement à titre non limitatif par la figure 10 et dont la combinaison avec le premier mode de réalisation est illustré à titre non limitatif par la figure 11, le point d'attache (5) et l'élément fermé (7) sont liés 40 l'un à l'autre par deux câbles entre lesquels se trouve 2928423 - 6 - fixé un dispositif (17) constitué d'aubages (18). Un des deux câbles a une de ses deux extrémités fixée au point d'attache (5) et l'autre extrémité est fixée au dispositif (17). L'autre câble a une de ses extrémité 5 fixée au dispositif (17) constitué d'aubages (18) et son autre extrémité fixée à l'élément fermé (7). Selon un dixième mode de réalisation, illustré en arraché à titre non limitatif par la figure 12, le dispositif décrit est semblable au deuxième mode de 10 réalisation cité précédemment : il s'agit aussi d'une armature, d'enroulement et d'un élément fermé muni d'aimants, mais ces éléments sont ici enfermés dans un flotteur (19). Par soucis de précision, nous reprenons la description des éléments figurant aux deux premiers 15 modes de réalisation, pour mieux expliciter leur intégration dans ce nouveau mode de réalisation. Le dispositif est composé d'une armature rigide (1) délimitant en son intérieur un volume libre (2) ayant la forme d'une demi-boule. Sur la partie sphérique de 20 l'armature est fixée aux bras de celles-ci (3), tangentiellement au volume libre (2), une pluralité d'enroulements (4). Ces enroulements sont tous disposés à une distance égale d'un point d'attache (5) situé au centre de la boule dont une des demi-boule forme le 25 volume libre (2) cité précédemment. A ce point d'attache (5) est fixé l'extrémité d'un câble (6) dont l'autre extrémité est fixée à un élément fermé (7) ayant la forme d'une demi-boule. Tangentiellement à la surface de cet élément (7) se trouve fixé une 30 pluralité d'aimants. Le câble (6) et l'élément fermé (7) sont dimensionnés de telle sorte que lorsque le câble (6) est tendu, l'élément fermé (7) et les aimants (8) fixéS tangentiellement à sa surface soient eux-mêmes tangents aux enroulements (4) en face 35 desquels ils se trouvent à cet instant, sans toutefois pouvoir jamais entrer en contact avec eux. Ce dispositif est fixé rigidement à l'intérieur d'un flotteur (19) pouvant optionnellement être muni d'aubages. Ici la partie sphérique de l'armature est 40 située sous le point d'attache (7) auquel est fixé 2928423 - 7 - l'élément fermé(7). En présence de houle ou de vagues, la partie du dispositif constitué de l'armature rigide (1) et du flotteur (19) à l'intérieur duquel elle se trouve fixée, oscille alors que l'élément fermé (7) à 5 tendance à rester à la verticale de son point d'attache (5). Ainsi les positions relatives des aimants (8) par rapport aux enroulements (4) varient. Il s'ensuit une variation de champs magnétique au niveau des enroulements (4) et donc une création de courants au 10 niveau des enroulements (4). Chaque extrémité (11) de chaque enroulement (4) est en contact avec deux diodes (12) en parallèles et branchées en sens inverse l'une par rapport à l'autre. Le courant généré dans les enroulements voit donc sa partie négative orientée sur 15 une portion de circuit (la cathode d'un système produisant de l'hydrogène par exemple) qui peut être totalement différente de celle (l'anode d'un système produisant de l'hydrogène par exemple) sur laquelle la partie positive du signal électrique est orientée par 20 les diodes. Selon un onzième mode de réalisation illustré en arraché à titre non limitatif par la figure 13, plusieurs dispositifs cités au mode de réalisation précédent constitués d'une armature rigide (1) 25 délimitant en son intérieur un volume libre (2) ayant la forme d'une demi-boule, d'enroulements (4), d'élément fermé (7) et d'aimants (8) fixés à sa surface, sont empilés dans un même flotteur (19). Un lest (20) peut être fixé sous le flotteur (19) 30 solidairement à celui-ci ou par un câble. Selon un douzième mode de réalisation compatible avec le douzième et le onzième mode de réalisation illustré en arraché à titre non limitatif par la figure 14, un ou plusieurs dispositifs cités au dixième mode 35 de réalisation constitués d'une armature rigide (1) délimitant en son intérieur un volume libre (2) ayant la forme d'une demi-boule, d'enroulements (4), d'élément fermé (7) et d'aimants (8) fixés à sa surface, sont fixés au flotteur (19), à l'extérieur de 40 celui-ci. 2928423 -8- Selon un treizième mode de réalisation compatible avec les modes de réalisation précédents, illustré partiellement à titre non limitatif par la figure 15 et dont la combinaison avec le premier mode réalisation 5 est illustré à titre non limitatif par la figure 15, le dispositif est équipé d'un système de freinage vertical limitant une monté trop brusque du dispositif lorsque la houle est importante. L'intérêt de ce mode de réalisation est important en combinaison avec les I0 modes de réalisation 1,2,3,4,5,6,7 et 8. Il s'agit d'un axe (21) et d'un volume plus dense que l'eau ayant la forme d'un cône régulier (22) dont la pointe est orientée vers le bas. L'une des deux extrémités de l'axe est fixée à la face plane du cône l'autre 15 extrémité de l'axe est reliée au bas de l'armature ou du flotteur par un câble. Lorsque le dispositif est installé sur un site d'une profondeur importante, le système de freinage peut être installé profondément sous le dispositif de telle sorte que l'effet de la 20 houle à cette profondeur soit négligeable. On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif muni d'un tel système de freinage face à une houle importante : lorsque le dispositif est en crête de vague le système de freinage empêche la remonté du 25 dispositif à la surface, ainsi la poussée d'Archimède exercée sur le flotteur (9) maintient l'armature dans une position verticale pendant que l'élément fermé (7) oscille avec la houle. On obtient ainsi une augmentation du mouvement relatif des aimants par 30 rapport aux enroulements. Selon un quatorzième mode de réalisation compatible avec tous les modes réalisations précédents, illustré partiellement à titre non limitatif en combinaison avec le huitième mode de réalisation par la 35 figure 17, tout ou partie des liaisons des différents câbles avec l'élément fermé (7) (à l'exception de la rotule du cinquième mode de réalisation), le point d'attache (5), le dispositif constitué d'un axe rigide (15) et d'un plateau rigide (16) fixés rigidement l'un 40 à l'autre et le dispositif (17) constitué d'aubages 2928423 - 9 - (18) peuvent être constitué de deux maillons (23), l'un étant fié au câble et l'autre maillon étant fixé à ce à quoi le câble est fixé. De telles liaisons permettent d'allier un grand degré de liberté des 5 pièces l'une part rapport à l'autre à une grande robustesse. Selon un quinzième mode de réalisation compatible avec tous les modes réalisations précédents, les maillons cités au mode de réalisation précédent ont la 10 forme d'anneaux circulaires de section circulaire. Selon un quinzième mode de réalisation non illustré, tout ou partie des câbles cités aux modes de réalisation précédents peuvent être remplacés par des chaînes. 15 20 25 30 :35 40 REVENDICATIONS 1) Dispositif pour convertir l'énergie des vagues et de la houle en énergie électrique, caractérisé en ce qu'il comporte une armature rigide (1) délimitant en son intérieur un volume libre (2) ayant la forme d'une demi-boule, des enroulements (4) fixés sur la partie sphérique de l'armature tangentiellement au volume libre (2) et à une distance égale d'un point d'attache (5) situé au centre de la boule dont une des demi-boule forme le volume libre (2) cité précédemment, au moins un câble (6) fixé au point d'attache (5), un élément fermé (7) fixé à l'autre extrémité du câble (6) cité précédemment sur lequel sont fixé des aimants (8), le câble (6) et l'élément fermé (7) étant dimensionnés de telle sorte que lorsque le câble (6) est tendu l'élément fermé (7) et les aimants(8) fixés à sa surface soient eux-mêmes tangents à chaque enroulement (4) lorsqu'ils se trouvent face à eux sans toutefois pouvoir jamais entrer en contact avec eux, d'un filet (10) fixé à la partie sphérique de l'armature et au point d'attache (5) permettant de limiter la course de l'élément fermé (7) et d'éviter ainsi que celui-ci ne heurte la partie plate de l'armature rigide (1) et d'un flotteur (9,19) dont les dimensions et la masse volumique permettent d'assurer la flottabilité de l'ensemble du dispositif. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le flotteur (9) est fixé sur la partie sphérique de l'armature (1), et en ce que l'élément fermé (7) est dimensionné de telle sorte que la masse volumique de l'ensemble constitué de l'élément fermé (7), des aimants (8) et du câble (6) fixés à lui soit légèrement inférieure à celle de l'eau dans lequel le dispositif est immergé. 2928423 - 11 - 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le flotteur (9) est fixé sur la partie plane de l'armature (1) et l'élément fermé (7) est dimensionné de telle sorte que la masse volumique de 5 l'ensemble constitué de cet élément fermé (7) et des aimants (8) fixés à lui soit légèrement supérieure à celle de l'eau dans lequel le dispositif est immergé. 4) Dispositif selon l'une des revendications 10 précédentes caractérisé en ce que chaque extrémité (11) de chaque enroulement (4) est en contact avec deux diodes (12) branchées en parallèles l'une de l'autre et en sens inverse l'une par rapport à l'autre. 15 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'un lest (13) est fixé sous l'armature (1) permettant ainsi d'abaisser le centre de gravité de l'élément constitué de l'armature (1) et d'augmenter ainsi la stabilité de 20 l'armature. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'élément fermé (7) sur lequel sont fixés les aimants 25 est équipé d'aubages (14). 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le câble maintenant l'élément fermé (7) est relié à lui 30 par une liaison rotule augmentant ainsi le degré de liberté de l'élément fermé (7). 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le 35 point d'attache (5) et l'élément fermé (7) sont lié l'un à l'autre par deux câbles entre lesquels se trouve fixé un dispositif constitué d'un axe rigide (15) et d'un plateau rigide (16) fixés rigidement l'un à l'autre, l'axe (15) étant perpendiculaire au plateau (16), un des deux câble ayant une de ses deux 2928423 - 12 -extrémités fixée au point d'attache (5) et l'autre extrémité étant fixée à une des deux extrémités de l'axe (15), le deuxième câble ayant une de ses extrémité fixée à l'élément fermé (7) et son autre 5 extrémité fixée à l'extrémité resté libre de l'axe rigide (15). 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que le point 10 d'attache (5) et l'élément fermé (7) sont lié l'un à l'autre par deux câbles entre lesquels se trouve fixé un dispositif (17) constitué d'aubages (18), un des deux câble ayant une de ses deux extrémités fixée au point d'attache (5) et l'autre extrémité étant fixée au 15 dispositif (17), le deuxième câble ayant une de ses extrémités fixée au dispositif (17) constitué d'aubages (18) et son autre extrémité fixée à l'élément fermé creux (7). 20 10) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une armature rigide (1), délimitant en son intérieur un volume libre (2) ayant la forme d'une demi-boule, fixée rigidement à l'intérieur d'un flotteur (19) de telle façon que la 25 partie sphérique du volume soit orientée vers le bas lorsque le flotteur est à l'eau, des enroulements fixés sur la partie sphérique de l'armature tangentiellement au volume libre (2) et à une distance égale d'un point d'attache (5) situé au centre de la boule dont une des 30 demi-boule forme le volume libre (2) cité précédemment, un câble (6) fixé au point d'attache (5), un élément fermé (7) fixé à l'autre extrémité du câble (6) cité précédemment sur lequel sont fixé des aimants (8), le câble (6) et l'élément fermé (7) étant dimensionnés de 35 telle sorte que lorsque le câble (6) est tendu l'élément fermé (7) et les aimants(8) fixés à lui soient eux-mêmes tangents à chaque enroulement(4) lorsqu'ils se trouvent face à eux sans toutefois pouvoir jamais entrer en contact avec eux, et d'un 40 filet (10) fixé à la partie sphérique de l'armature et 2928423 - 13 - aû point d'attache (5) permettant de limiter la course de l'élément fermé (7) et évite ainsi que celui-ci ne heurte la partie plate de l'armature rigide (1). 5 11) Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce que plusieurs dispositifs constitués d'armatures(l), d'enroulements(4), de câbles (6), d'éléments fermé (7) et d'aimants (8) sont empilés à l'intérieur d'un même flotteur (19), un lest étant fixé 10 sous le flotteur (19) pour que le centre de gravité de l'ensemble soit sous son centre de carène. 12) Dispositif selon l'une des deux revendications précédentes caractérisé en ce que un ou plusieurs 15 dispositifs constitués d'armatures(l), d'enroulements(4), de câbles (6), d'éléments fermé (7) et d'aimants (8) sont fixés à l'extérieur du flotteur (19) solidairement à lui, un lest (20) étant fixé sous le flotteur (19) pour que le centre de gravité de 20 l'ensemble soit sous son centre de carène. 13) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'un système constitué d'un axe (21) et d'un volume plus 25 dense que l'eau ayant la forme d'un cône régulier (22) dont la pointe est orientée vers le bas est fixé sous l'armature (1) ou le flotteur (19) par un câble, l'une des deux extrémités de l'axe étant fixée à la face plane du cône et l'autre extrémité de l'axe étant 30 reliée au câble. 14) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que tout ou partie des liaisons des différents câbles avec 35 l'élément fermé (7), le point d'attache (5), le dispositif constitué d'un axe rigide (15) ainsi que d'un plateau rigide (1.6) fixés rigidement l'un à l'autre et le dispositif (17) constitué d'aubages (18) peuvent être constitué de deux maillons , l'un étant fixé au 40 câble et l'autre maillon étant fixé à ce à quoi le 2928423 - 14 - câble est fixé, les maillons ayant préférentiellement la forme d'anneaux circulaires de section circulaire. 15) Dispositif selon l'une quelconque des 5 revendications précédentes caractérisé en ce que tout ou parti des câbles cités précédemment peuvent être remplacés par des chaînes. 10 15 20 25 30 35