Brevet FR2927059A1 — publié le 20090807

La présente invention complète les brevets enregistrés auprès de l'INPI sous les références : 06 09784 (n° de publication 2 853 618) et auprès de l'Office Européen des Brevets sous la référence WO 2004/092006 PCT/FR2004/000900. Le numéro de publication européenne est 1648761 ; et sous la référence 0609784000. Le premier brevet cité, déposé le 14/04/2003, dénommé � Station autonome sous-marine � revendique une structure creuse caractérisée en ce qu'elle fonctionne dans son entier comme un système complexe de ballasts conçu pour annuler, par le jeu constant de volumes d'eau embarquée et évacuée, sa masse propre et celle de ses équipements opérationnels en milieux liquide. II en revendique aussi les conséquences techniques de dimensionnement possibles et d'embarquement de moyens d'autonomie énergétique et opérationnelle, conséquences directes du concept de structure creuse. Le deuxième brevet cité, déposé le 09/11/2006, dénommé � Structure Dynamique Autonome Sous-marine � revendique l'utilisation des volumes internes d'une structure comme pile à combustibles et comme système de compensation des pressions extérieures exercées sur ladite structure. L'utilité du principe dit � Coque Dynamique de navigation � de la présente invention découle directement des précédents brevets ci-dessus référencés en ce qu'elle redéfinit la coque d'un quelconque bâtiment naval de surface, et non plus sous marine, en structure de navigation produisant sa propre source énergétique de propulsion, ainsi que ses propres moyens de contrôle de flottabilité. Les coques de navires marins et fluviaux sont conçues pour pouvoir supporter à la surface de l'eau des masses équivalentes à la masse de l'eau qu 'elles déplacent. De conception inerte, ces coques sont munies de réservoirs rajoutés pour embarquer des carburants, et de moyens de propulsion correspondants, tel qu'un ensemble comprenant un/des moteur(s), un/des arbre(s) de transmission et une ou plusieurs hélices. La plus part de ces coques ne sont pas prévues pour compenser une avarie importante, et une déchirure suffit à mettre la dite coque en perdition. Les moyens de propulsion marine des bâtiments de surface, bien que techniquement variés et pour certains non polluants, sont pour une écrasante majorité tributaires de la combustion d'hydrocarbures. Ceux fonctionnant à partir d'énergie électrique nécessitent soit des batteries importantes, soit un système complexe transformant une combustion en électricité, soit une installation photovoltaïque. 1 10 15 20 25 30 35 -2-En terme de pollution, il est rare que dans l'ensemble de ces systèmes, un navire ne pollue pas les eaux marines, à un moment ou à un autre. En terme d'autonomie, les bâtiments de surface dépendent de la place faite aux réservoirs de carburants et de la puissance utilisée. Le dispositif, selon l'invention est caractérisé en ce qu'il constitue un nouveau type de coque de navigation de surface visant à remédier aux points énumérés plus haut, à savoir : - non utilisation d'hydrocarbures -coque insubmersible - absence de machinerie - très longue autonomie combustible économique et non polluant - auto-production du combustible par système embarqué - motorisation silencieuse, non vibrante et sans production de chaleur - équilibre/masse variables de la coque gérée par ordinateur Le dispositif, selon l'invention est caractérisé en ce que la coque dite � Coque Dynamique de navigation � est construite pour pouvoir produire, sans hydrocarbures ni sources extérieures tel que l'énergie solaire, sa propre source d'énergie sous forme d'électricité par le moyen d'un ou plusieurs systèmes de pile à combustibles ( PC) inclus dans ladite coque, alimentés par des gaz combustibles (G) par hydrolyse contenus à l'intérieur même de la coque constituée de deux parois cloisonnées, lui conférant une autonomie très supérieure aux équipements existants. Le dispositif, selon l'invention est caractérisé en ce que la coque dite � Coque Dynamique de navigation � est construite pour pouvoir faire varier de façon importante son centre de gravité et sa masse générale de manière à maîtriser plus finement les contraintes en cours de navigation par un ou des systèmes de ballasts (B) inclus dans la structure et gérés soit par ordinateur embarqué, soit manuellement à partir d'un poste de contrôle-commande. Le dispositif selon l'invention présente, dit � Coque Dynamique de navigation �, caractérisé en ce qu'il est conçu pour produire, grâce à la contenance de l'ensemble des volumes internes à sa structure et à des technologies existantes complémentaires tel que la pile à combustible et le principe d'électrolyse, adaptées au dispositif, ses moyens propres d'autonomie en termes d'énergie, de flottabilité, de maîtrise de la navigation marine. Le dispositif, selon l'invention, est caractérisé en ce que un ou plusieurs compartiments étanches de la structure renferment les éléments constitutifs d'une ou plusieurs (PC) piles à combustible PEMFC, c'est à dire anode, cathode, membrane d'électrolyte et tous éléments 1 10 15 20 25 30 35 complémentaires, directement alimentés en oxygène et hydrogène depuis les autres compartiments constitutifs de la structure contenant ces gaz (G). Le principe dit de � coque dynamique � peut s'appliquer à toutes les tailles et formes de coque (Fig. 1, 2, 3, 5, 6), mono ou multicoque (Fig . 7, 8), et à tous les matériaux utilisés pour la construction des-dites coques. Le concept peut être appliqué sur la totalité d'une coque ( Fig. 1, 2) de par sa conception initiale, ou en partie seulement (Fig. 5, 6) c'est à dire par ajout de réservoirs spécifiques, permettant la modification et l'adaptation à la fois des navires traditionnels existants autant que des savoir-faires classiques en construction navale. Le dispositif, selon l'invention, est caractérisé en ce que le bâtiment de navigation est constituée d'une coque double (Fig. 1), pour toute ou partie du bâtiment considéré, constituée de matériaux dont la mise en oeuvre permet de conserver séparément dans les espaces compartimentés compris entre les deux coques ou parties de coque d'une part des gaz (G) sous pression et d'autre part de l'eau de mer (B), et en ce que l'ensemble des compartiments contenant les gaz sont reliés à un ou plusieurs modules de pile à combustible (PC), eux-même inclus ou non entre les deux coques en compartiments dits � techniques �. La disposition et la taille des volumes conteneurs compris entre les deux coques ou installés dans une coque simple sont fonction de considérations techniques variables, selon les capacités recherchées tel que : - résistance aux avaries : la multiplication des compartiments indépendants garantit l'insubmersibilité face à de plus ou moins grandes avaries. - L'autonomie : les volumes conteneurs déterminent la quantité des gaz embarqués et les pressions tolérées, et donc l'importance de l'autonomie. - La sécurité : toute éventualité de percement accidentel de la coque oblige à fractionner les volumes en fonction de l'usage fait du bâtiment. - L'équilibre du navire : selon son dessin, son utilisation et les performances attendues, l'ensemble des compartiments conteneurs, eau, gaz lourd, gaz léger, seront disposés de manière à permettre une gestion adaptée. La conservation en milieux marin de gaz sous pression impose des attentions particulières en matière de réaction chimique et physique. Ainsi, en cas de réalisation d'une telle double-coque en acier, les faces internes des deux coques seront traitées par une application de matière inerte, imperméable aux gaz et propre à supporter les plus forts coefficients de dilatation du métal employé (ex : film plastique par pulvérisation). Dans le cas de fabrication de coques en matériaux non résistants aux pressions internes imposées par le principe, 1 10 15 20 25 30 35 - O - des compartiments conteneurs ou réservoirs adaptés à l'intérieur de ces coques pourront être installés, selon les normes autorisées (Fig. 5, 6). Dans le cas de la transformation de bâtiments classiques existants, une installation de réservoirs et de modules techniques de pile à combustibles pourront être adaptés en remplacement des systèmes classiques de production d'énergie et de propulsion. Un système de propulsion électrique ou Pods (P) adapté pourra avantageusement convenir. Le dispositif, selon l'invention, est caractérisé en ce que, dans certaines parties basses de la double-coque, des compartiments jouent le rôle de ballast (B) dont la particularité est d'être réglables soit par gestion informatique en fonction de l'état de la mer, de la vitesse recherchée ou de la charge embarquée, déterminée ou variable, soit par opération manuelle, de manière à optimiser l'équilibre et la flottabilité du bâtiment en fonction de l'état de charge des gaz combustibles à l'intérieur de la coque. Cette caractéristique de ballast à charge réglable, compris à l'intérieur des volumes de la double-coque, est produite par l'ingestion ou l'évacuation d'eau de mer par des pompes (PP) adaptées serties dans la face extérieure des compartiments prévus à cet effet. L'eau de mer peut être contenue soit directement dans ces compartiments traités contre la corrosion, soit dans des conteneurs souples (C) doublant les compartiments concernés. Les pompes (PP) sont directement asservies au poste de contrôle-commande et au système de gestion informatique. Les compartiments ou réservoirs contenant des gaz sous pression sont chacun reliés entre eux par des vannes auto-bloquantes adaptées permettant la répartition des pressions internes. L'ensemble de ces volumes sont reliés à un ou plusieurs modules dits de � pile à combustible � intégré(s) ou non dans la coque. Le système de vanne de sécurité est prévu pour obturer chacun des compartiments en cas de chute brutale de pression des gaz dudit compartiment correspondant, synonyme d'avarie. L'ensemble de la � coque dynamique � utilise ainsi ses particularités pour à la fois fabriquer son énergie et annuler presque tout risque de sombrer. L'ensemble de la coque faisant, en tant que corps creux étanche, office de bouée à l'échelle du bâtiment. Le système de circulation des fluides est conçu de manière à servir au rechargement par deux accès normalisés de manière à alimenter sans erreur possible tous les compartiments en deux gaz différents. Les gaz contenus dans la majeure partie des compartiments que constitue l'espace entre les deux coques, ou dans les réservoirs dans le cas par exemple d'une adaptation aux navires classiques, sont de deux natures différentes, compatibles avec le processus d'électrolyse de la pile à combustible, comme par exemple Oxygène et Hydrogène. 1 10 15 20 25 30 35 -5- Ces gaz, pouvant être de masses volumiques très différentes, seront dès la conception disposés de manière à toujours garder un parfait équilibre de la double-coque ou des réservoirs, quel qu'en soit le compartimentage, et quel qu'en soit l'état de consommation des-dits gaz. Les gaz sont stockés sous une pression répondant essentiellement aux normes autorisées dans le futur, en fonction de la nature du bâtiment, de la performance de la technique en construction navale, des matériaux et enfin de l'autonomie recherchée. Le ou les modules de pile à combustible (PC) produisant la puissance électrique à partir des gaz embarqués dans la structure de la coque ou dans des réservoirs rajoutés sont dimensionnés pour convenir à la puissance de la motorisation électrique choisie (P), ainsi qu'au type de navigation prévue afin d'optimiser l'autonomie de l'ensemble. Le dispositif, selon l'invention, est caractérisé en ce que le ou les modules de pile à combustibles inclus dans la structure laissent libre toute la partie utile du bâtiment. Des trappes de visite destinées à la maintenance sont aménagées et garantissent l'accès et l'étanchéité par tous moyens appropriés. Dans ce cas, à la différence de I `adaptation du système sur des navires classiques, le ou les modules de pile à combustibles sont dimensionnés et positionnés de manière à s'intégrer sans installations intermédiaires au contact des combustibles préalablement décompressés dans des compartiments dits � de détente � situés de chaque côté du module de pile à combustibles (planche 3). Certains types de navires sont, pour des raisons techniques variées, limités dans leurs dimensions tant intérieures qu'extérieures. Pour convenir de ces contraintes, autant que pour prévoir la modification de navires existants, la présente invention concerne toute installation d'un ensemble de réservoir pour gaz sous pression relié à un système de pile à combustible pour navire de surface, et ayant pour finalité la production d'énergie électrique. Les différents types d'installations de pile à combustible en navigation de surface envisagées par la présente invention sont de plusieurs ordres : l'installation d'un module � Pile à combustible/réservoir �r indépendant de la coque installés à l'intérieur d'un bâtiment classique ou prototype (Fig. 5, 6). - L'installation d'un module � Pile à combustible/réservoir � inclus ou non dans la structure des bâtiments dits � semi rigides �(Fig. 4) - L'installation d'un module de � pile à combustible/réservoir � inclus dans la coque, pour tout ou partie du bâtiment (Fig. 1, 2, 3, 7, 8). 1 10 15 -6- Le principe, selon l'invention, est caractérisé en ce que l'énergie électrique fournie par la � coque dynamique de navigation � en qualité de pile à combustible, est proportionnelle à l'importance du bâtiment et ne nécessite aucune autre source d'énergie. Les équipements de base sont fonction du type d'utilisation prévue pour le bâtiment mis à l'eau. Ces équipements comportent divers propulseurs électriques marins, divers compresseurs, électrovannes et pompes, ainsi qu'une centrale informatique, et tous matériels d'asservissement et de contrôle du système complexe d'échange des volumes embarqués de gaz et d'eau. Ils comportent des systèmes de sécurité de navigation, et tous équipements utiles à une navigation maritime ou fluviale. Illustrations : Planche 1 : figures 1 et 2 coque double pour grands bâtiments, figure 3 coque-réservoir pour bâtiments de grande plaisance, pêche, etc. figure 4 système intégré à la structure des semi-rigides Planche 2 : figures 5 et 6 système rapporté dans une coque en totalité ou partiellement figures 7 et 8 système adapté aux multicoques Planche 3 : schéma de l'ensemble � pile à combustible � intégrée dans la structure d'un bâtiment ou indépendante. 20 25 30 35 1 10 15 20 25 30 35 REVENDICATIONS 1) Coque dynamique de navigation, caractérisée en ce qu'elle est conçue pour pouvoir produire ses propres ressources énergétiques en totale autonomie et comportant une coque double ( Fig. 1, 2, 3) pour tout ou partie du bâtiment constituant des compartiments techniques dits � pile à combustible � (PC) et des compartiments conteneurs reliés entre eux par vannes assistées dont les volumes en totalité utiles contiennent des gaz (G) de nature différente, séparés et sous pression en grandes quantités, servant de combustibles par hydrolyse, tel que oxygène � O � (G) et hydrogène � H2 � (G) - un ou plusieurs modules dits � pile à combustible PEMFC � (PC) (Planche 3) ou équivalent générateurs de puissance électrique par anode et cathode et membrane électrolyte insérés dans les compartiments de la coque même et alimentés en combustibles gazeux (G) par les volumes contenants de ladite coque un système automatisé et asservi à la gestion globale des volumes de la coque, de ballasts inclus dans ses volumes munis de réservoirs souples de doublage pour l'eau de mer destiné à compléter la maîtrise de la coque et de sa gravité un système de gestion informatique et manuelle global de tous les éléments dits � dynamiques � tel que réservoirs de gaz, réservoirs d'eau de mer, modules de pile à combustibles, propulsion 2) Coque dynamique de navigation, selon la revendication 1, caractérisée en ce que le système énergétique embarqué sous forme de modules dits � pile à combustible � PEMFC (PC), c'est à dire anode, cathode, membrane d'électrolyte et tous éléments complémentaires inclus dans la double coque, ne nécessite aucun système propre de stockage de combustibles sous aucune forme, la double coque elle-même remplissant cette fonction. 3) Coque dynamique de navigation, selon la revendication 1 et 2, caractérisée en ce que le principe de construction s'adapte à n'importe quelle forme et échelle tel que mono-coque, multicoque ou semi-rigide, tout en conservant les même caractéristiques, certains éléments pouvant ne pas être doublés comme les corps annexe des multicoques 4) Coque dynamique de navigation, selon les revendications précédentes, caractérisée en ce que son principe peut être adapté pour être installé à l'intérieur d'une coque 1-8- classique, par ajout de réservoirs sous pression des gaz combustibles et d'un ou plusieurs modules dits � pile à combustibles � et d'une motorisation compatible. 10 15 20 25 30 35