Brevet FR2952903A1 — publié le 20110527

Engin nautique 1. Domaine de l'invention L'invention concerne le domaine des engins ou embarcations nautiques, notamment des engins nautiques à fond plat, en particulier les engins fonctionnant avec un système de propulsion électrique. 2. Solutions de l'art antérieur Tout engin nautique qui flotte peut maintenir au-dessus de l'eau son propre volume ainsi que celui de son chargement quand l'engin est statique. Quand l'engin nautique est en mouvement dans l'eau, il peut se déplacer de deux manières différentes décrites ci-après. L'engin nautique peut pousser l'eau autour du profil de la coque. Dans ce cas, la coque est dite « à déplacement ». Le volume d'eau poussé est équivalent au volume de la coque immergée. Les profils de coque de l'engin sont alors étudiés pour fendre l'eau et limiter autant que possible les efforts de frottement correspondant au coefficient de traînée. La majorité des engins nautiques existants utilisent cette manière de naviguer. Un inconvénient est que la perte d'énergie due au volume d'eau déplacé est importante. De plus, chaque coque à déplacement possède une vitesse limite maximale qu'elle ne peut pas dépasser. Une autre manière de se déplacer pour un engin nautique est de glisser sur l'eau, encore appelé « déjauger ». Dans ce cas, la coque a un profil planant. En effet, le déplacement de la coque sur l'eau va créer une force de portance qui va maintenir la coque hors de l'eau. Pour déjauger ou glisser sur l'eau, l'engin nautique doit passer un régime transitoire au démarrage pendant lequel il va déplacer un volume d'eau. Pendant cette phase de démarrage, la perte d'énergie due à la traînée est importante. Une fois que l'embarcation a atteint une vitesse suffisante, la coque vient reposer à la surface de l'eau grâce à la portance. Le volume immergé est alors presque nul et l'eau peut être considérée comme un support surfacique et non plus volumique. Le frottement de l'eau ou coefficient de traînée est fortement réduit une fois que l'engin nautique a déjaugé et se trouve dans une position de « planning ». Pour atteindre le planning ou le moment où l'engin nautique va déjauger, il faut réussir à fournir une énergie transitoire supérieure à celle qui est nécessaire pour maintenir le glissement au-dessus de l'eau après que l'engin nautique a déjaugé. Il 1 est connu d'utiliser une énergie thermique, humaine ou une source naturelle d'énergie telle que le vent qui met en place un système de transmission d'énergie spécifique de manière à permettre que l'engin déjauge. Pour ce qui est des engins utilisant une énergie thermique, la source d'énergie embarquée sur l'engin est très importante voire illimitée de manière à permettre à l'engin de déjauger. Un inconvénient de ces engins est qu'ils sont source de pollution. Un autre inconvénient est qu'ils ont un rendement médiocre. Les systèmes de propulsion électrique connus ne permettent pas aux engins les logeant de déjauger. 3. Objectifs de l'invention L'invention a pour objectif de fournir un nouvel engin nautique utilisant une énergie non polluante telle que l'électricité qui soit apte à déjauger. L'invention a encore pour objet de fournir un engin nautique qui optimise l'énergie embarquée et nécessite une énergie limitée en puissance et stockage, en étant apte malgré tout à déjauger. L'invention a encore pour objet de fournir un engin nautique assurant un maintien en planning, c'est-à-dire en position où l'engin glisse sur l'eau le plus longtemps possible. 4. Exposé de l'invention L'invention y parvient grâce à un engin nautique comprenant au moins les éléments constitutifs suivants: un flotteur à fond plat de forme avant en V, un système de propulsion électrique comprenant au moins: o une source embarquée d'énergie électrique, o une carte de contrôle de la source d'énergie, o un moteur électrique, o un contrôleur d'asservissement du moteur électrique, o au moins une turbine couplée audit moteur électrique. Les éléments constitutifs de l'engin nautique sont configurés, selon un aspect de l'invention, de manière à ce que l'engin puisse assurer une poussée horizontale comprise entre 100N et 150N environ (soit entre 10kg et 15kg environ) en régime transitoire de manière à permettre à l'engin de déjauger, et une poussée horizontale comprise entre 50N et 120N environ (soit entre 5kg et 12kg environ) après que l'engin a déjaugé, en régime de croisière. Les éléments constitutifs de l'engin nautique peuvent par exemple être configurés de manière à ce que l'engin puisse assurer une poussée horizontale d'environ lkg (ou 1ON) pour 6kg d'engin à vide (comprenant le flotteur et le système de propulsion) en régime transitoire, par exemple pendant 20s, de manière à permettre à l'engin de déjauger, et une poussée horizontale d'environ 0,5kg (ou 5N) pour 6kg d'engin à vide après que l'engin a déjaugé, en régime de croisière par la seule énergie électrique embarquée. Ainsi, pour un engin à vide de 60kg par exemple, les éléments constitutifs de l'engin nautique peuvent être configurés de manière à ce que l'engin puisse assurer une poussée horizontale d'environ 100N pendant 20s en régime transitoire de manière à permettre à l'engin de déjauger, et une poussée horizontale d'environ 50N d'engin à vide après que l'engin a déjaugé, en régime de croisière. Grâce à l'invention, on dispose d'un nouvel engin nautique qui peut déjauger par la seule énergie électrique embarquée à bord. Selon un mode de réalisation, l'engin nautique comporte des éléments constitutifs avec les caractéristiques suivantes : ^ un moteur électrique apte à tourner à 10000trs/min ^ une turbine apte à fournir une poussée d'au moins 100N à 10000trs/min, ^ une source d'énergie électrique comprenant au moins une batterie, ladite batterie étant apte à fournir une intensité d'au moins 60A ou 120A instantanément à un moteur alimenté respectivement en 24V ou 12V, ^ une carte électronique apte à transmettre la puissance de la batterie au moteur en limitant la puissance après le régime transitoire. Le flotteur peut être un flotteur monocoque à fond plat. La masse du flotteur seule peut être inférieure ou égale à 30kg. L'engin nautique peut être prévu de manière ce que le pilote puisse peser jusqu'à 120 kg maximum environ. L'engin à vide, c'est-à-dire le flotteur et le système de propulsion de l'embarcation peuvent avoir une masse maximale inférieure à 60 kg environ. L'engin nautique peut avoir des dimensions dont la longueur est inférieure à 3 mètres environ et la largeur inférieure à 1,5 mètre. La puissance nécessaire en régime de croisière, au planning, peut être d'environ 500W maximum. Le système de propulsion de l'engin nautique peut être capable de délivrer une puissance d'environ 1500 watts pendant une durée d'environ 20 secondes au démarrage de manière à vaincre les efforts pour permettre à l'engin nautique de déjauger. Le flotteur peut avoir un volume d'air compris entre 250 et 350 litres environ à la pression atmosphérique. Le système de propulsion électrique peut être logé dans ce volume d'air. Dans le cas où le flotteur est plan, la partie plane peut se situer à l'arrière du centre de gravité statique du flotteur seul. La surface de la partie plane du flotteur peut être inférieure à 1,5 m2. L'avant du flotteur peut présenter une forme en V. Une telle forme peut avoir pour avantage d'évacuer les lignes d'eau vers l'extérieur pour limiter l'apparition de la vague d'étrave pendant l'avancement. Le flotteur peut comporter une dérive, située sur la partie plane du flotteur de manière à diriger l'engin. La vitesse à laquelle le flotteur peut déjauger peut être maximum de 3,5m/s (mètres par seconde), grâce notamment aux caractéristiques de forme du flotteur. La source d'énergie du système de propulsion peut être électrique exclusivement. Elle peut par exemple comporter au moins une batterie de technologie lithium-ion de performance énergétique d'au moins 12OWh/kg environ, par exemple comprise entre 120Wh/kg et 150Wh/kg environ. Chaque batterie peut être composée de un ou plusieurs modules de lithium appelés également pains de lithium. Les capacités de la source d'énergie, notamment de la ou des batteries, peuvent être telles que la puissance totale de la source d'énergie soit supérieure ou égale à 2000Wh, par exemple comprise entre 2000Wh et 2500Wh environ. La source d'énergie peut être apte à libérer une puissance instantanée allant jusqu'à environ 1500 W par exemple. La masse de la source d'énergie, notamment de la ou de l'ensemble des batteries, peut être inférieure à 20 kg. La carte électronique, agencée pour commander la source d'énergie, notamment la ou les batteries, peut être configurée pour assurer des variations de température de la source d'énergie, notamment de la ou des batteries, comprises entre -10°C et + 10°C afin d'assurer un rendement d'environ 98% minimum. Dans le cas d'une pluralité de modules de lithium, la carte électronique peut également être configurée pour assurer l'optimisation de la charge de chacun des modules de lithium de telle sorte que la différence de charge à tout moment entre les modules ne dépasse pas environ 5% maximum. La carte électronique peut être configurée pour gérer l'alimentation continue du moteur électrique et du contrôleur électronique. Le ou chaque moteur électrique peut être de type 12V ou 24V, de puissance maximum d'environ 1 500 W. Le ou chaque moteur électrique peut posséder un rendement utile d'environ 92% minimum à 10 000 tr/mn. Le ou chaque moteur électrique peut être configuré pour être bloqué par le contrôleur électronique quand l'intensité traversant un moteur dépasse 125 A. Chaque moteur peut être directement couplé avec un axe d'une turbine à laquelle il est associé. La ou chaque turbine peut être de type hydrojet, développant un régime de puissance en croisière pouvant être de 500W à environ 15000 tr/min. A ce régime de puissance, la ou les turbines sont configurées pour assurer une poussée horizontale totale de 50N (5kg) environ minimum. La puissance maximale admissible par la ou les turbines peut être de 1500W à 35000 tr/min. A ce régime, la poussée totale de la ou des turbines peut être de 100N (10kg) environ. Le contrôleur électronique peut consister en une carte d'asservissement électronique et est configuré pour assurer l'alimentation du ou des moteurs électriques selon une séquence. La séquence peut être telle que dans une phase de démarrage de l'engin nautique, une puissance de 1500W environ soit fournie par le ou les moteurs à la ou aux turbines pendant une durée d'environ 20 secondes. De cette manière, la poussée assurée pendant la phase de démarrage peut être de 100 N ou 10 kg, cette poussée étant nécessaire pour que l'embarcation déjauge. Après 20 secondes environ, le contrôleur électronique peut être configuré pour assurer une puissance de croisière de 500W environ, qui est une puissance nécessaire pour maintenir l'embarcation ou engin nautique en planning c'est-à-dire en glissement sur l'eau. L'engin nautique peut être configuré de manière à ce que la séquence du contrôleur puisse être réactivée à tout moment de manière à ce que l'engin déjauge, grâce à la présence d'un bouton spécifique présent sur l'engin. 5. Liste des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple illustratif et non limitatif et du dessin annexé dans lequel : - la figure 1 est une vue schématique de dessus de l'engin nautique conforme à un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 illustre de manière schématique, en vue de côté, l'embarcation de la figure 1, - la figure 3 représente de manière schématique le système de propulsion de l'engin nautique, - la figure 4 représente de manière schématique une courbe de séquence de puissance autorisée par le contrôleur en fonction du temps. On a représenté sur les figures 1 et 2 un engin nautique 1 conforme à l'invention selon un mode de réalisation décrit. L'engin nautique 1 comporte un flotteur 2 consistant en un flotteur monocoque à fond plat. Le flotteur a une masse maximale de 30 kg, a un volume d'air compris entre 250 et 350 litres à la pression atmosphérique. La partie plane du flotteur se situe dans cet exemple à l'arrière du centre de gravité statique du flotteur seul. La surface de la partie plane est inférieure à 1,5 m2. Comme illustré sur les figures, l'avant du flotteur est en forme de V, ce qui permet d'évacuer les lignes d'eau vers l'extérieur pour limiter l'apparition de la vague d'étrave pendant l'avancement. L'arrière du flotteur est plat. Une dérive non visible est prévue et logée sur la partie plane, dans le bloc du flotteur pour diriger l'embarcation. Avec ces caractéristiques de forme du flotteur, la vitesse à laquelle le flotteur peut déjauger c'est-à-dire glisser sur l'eau et se mettre dans une posture de planning est au maximum de 3,5 m/s. Outre le flotteur, l'engin nautique 1 comporte un système de propulsion électrique 3 comportant les éléments suivants, illustrés en regard de la figure 3. Le système de propulsion 3 est logé dans le volume du flotteur. Le système de propulsion électrique 3 comporte dans cet exemple une source embarquée d'énergie électrique 4, une carte de contrôle 5 de la source d'énergie, un moteur électrique 7, un contrôleur d'asservissement 6 du moteur électrique et une turbine 9. La source d'énergie électrique 4 embarquée à bord peut comporter une voire plusieurs batteries. Les batteries de l'exemple illustré sont de technologie lithium-ion avec des performances énergétiques comprises entre 120 et 150 Wh/kg. Chaque batterie, dans cet exemple, est composée d'un ou plusieurs modules de lithium autrement appelés pains de lithium. Les capacités des batteries embarquées représentent une puissance totale comprise entre 2000Wh et 2500Wh environ. Les batteries sont agencées pour libérer une puissance de 1500W maximum instantanément, notamment 150Ah à 12V et 75Ah à 24V, de manière à permettre à l'engin de déjauger. Le poids embarqué de la batterie est inférieur à 20 kg. La carte électronique 5 ou carte de contrôle de la source d'énergie est agencée pour commander la source d'énergie, soit, dans cet exemple, les batteries. Elle assure des variations de température de la ou chaque batterie comprises entre - 10°C et +10°C de manière à assurer un rendement de 98% minimum. La carte électronique est agencée pour assurer également l'optimisation de la charge de chacun des modules de lithium de telle sorte que la différence de charge à tout moment entre les modules de lithium ne dépasse pas 5% maximum. La carte électronique 5 est de plus agencée pour gérer l'alimentation continue du moteur électrique 7 et du contrôleur d'asservissement 6 du moteur électrique. La carte électronique 5 est supportée par un support 10. Le moteur électrique 7 est alimenté en 12 V ou jusqu'à 24V, d'une puissance maximale de 1500W. Le moteur électrique possède un rendement utile de 92% minimum à 15000tr/mn. Le moteur électrique est contrôlé et commandé par le contrôleur d'asservissement 6. Ce dernier est agencé pour bloquer le moteur électrique quand l'intensité du moteur dépasse 125 A. Le moteur est couplé avec un axe d'une turbine 9 avec laquelle il est associé. Le moteur 7 est disposé sur un support de moteur 8. La turbine 9 est de type hydrojet et est configurée pour développer un régime de puissance en croisière à 15000tr/min de 500 W. A ce régime de croisière, la turbine assure une poussée horizontale totale de 50N minimum. La puissance maximale admissible par la turbine 9 est de 1500 W à 35000 tr/min. A ce régime maximal, la poussée totale de la turbine 9 est de 100N. C'est à ce régime que l'engin nautique 1 peut déjauger et passer dans un régime de planning où l'engin nautique glisse sur l'eau. Le contrôleur électronique 6 ou contrôleur d'asservissement du moteur électrique se présente sous forme d'une carte d'asservissement électronique. I1 est agencé pour assurer l'alimentation du moteur électrique 7 selon une séquence illustrée sur la figure 4. Selon cette séquence, au démarrage de l'engin nautique 1, le moteur électrique 7 fournit une puissance de 1500W pendant 20 secondes. De cette manière, la poussée assurée pendant la phase de démarrage est de 100N. C'est la poussée nécessaire et suffisante pour que l'engin nautique déjauge. Après 20 secondes, comme illustré, le contrôleur électronique 7 assure une puissance de croisière de 500W, qui est la puissance nécessaire pour maintenir l'engin en planning. L'engin nautique 1 comprend, de façon non visible sur les figures, un bouton « turbo » ou « booster » agencé pour relancer le contrôleur électronique 6 de manière à réenclencher la séquence illustrée sur la figure 4 et permettre à l'embarcation nautique de se mettre en régime de planning où l'engin nautique glisse sur l'eau. L'invention n'est bien sûr pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits. En particulier, l'embarcation nautique peut comprendre plusieurs moteurs électriques et/ou plusieurs turbines 9 et/ou une autre source d'énergie électrique sans sortir du cadre de l'invention. Dans toute la description, les expressions « comportant un » ou « comprenant un » doivent être comprises comme étant synonymes respectivement des expressions « comportant au moins un » et « comprenant au moins un », sauf si le contraire est spécifié. Les plages de valeurs indiquées sont comprises comme incluant les bornes, sauf si le contraire est spécifié. REVENDICATIONS1. Engin nautique (1) caractérisé en ce qu'il comprend au moins les éléments constitutifs suivants: - un flotteur (2) à fond plat de forme avant en V, un système de propulsion électrique (3) comprenant au moins: o une source embarquée d'énergie électrique (4), o une carte de contrôle de la source d'énergie (5), o un moteur électrique (7), o un contrôleur d'asservissement (6) du moteur électrique, o au moins une turbine (9) couplée audit moteur électrique, les éléments constitutifs de l'engin nautique étant configurés de manière à ce que l'engin puisse assurer une poussée horizontale comprise entre 100N et 150N environ en régime transitoire de manière à permettre à l'engin de déjauger, et une poussée horizontale comprise entre 50N et 120N environ après que l'engin a déjaugé, en régime de croisière. 2. Engin selon la revendication précédente, dans lequel les éléments constitutifs de l'engin nautique sont configurés de manière à ce que l'engin puisse assurer une poussée horizontale d'environ 1kg pour 6kg d'engin à vide en régime transitoire de manière à permettre à l'engin de déjauger et une poussée horizontale d'environ 0,5kg pour 6kg d'engin à vide après que l'engin a déjaugé, en régime de croisière, par la seule énergie électrique embarquée. 3. Engin selon l'une des revendications précédentes, comportant des éléments constitutifs avec les caractéristiques suivantes : ^ un moteur électrique apte à tourner à 10000trs/min ^ une turbine apte à fournir une poussée d'au moins 100N à 10000trs/min, ^ une source d'énergie électrique comprenant au moins une batterie, ladite batterie étant apte à fournir une intensité d'au moins 60A ou 120A instantanément à un moteur alimenté respectivement en 24V ou 12V, ^ une carte électronique apte à transmettre la puissance de labatterie au moteur en limitant la puissance après le régime transitoire. 4. Engin selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la masse du flotteur (2) seul est inférieure ou égale à 30kg. 5. Engin selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la masse de l'engin à vide est inférieure ou égale à 60kg. 6. Engin selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la source d'énergie (4) comporte au moins une batterie de technologie lithium-ion de performance énergétique d'au moins 12OWh/kg environ. 7. Engin selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les capacités de la source d'énergie sont telles que la puissance totale de la source d'énergie (4) supérieure ou égale à 2000Wh et 2500Wh environ. 8. Engin selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la source d'énergie (4) est apte à libérer une puissance instantanée allant jusqu'à environ 1500W. 9. Engin selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le ou chaque moteur électrique (7) est de type 12V ou 24V, de puissance maximale d'environ 1500W. 10. Engin selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la ou chaque turbine (9) est configurée pour assurer une poussée horizontale de 50N lorsque le moteur électrique (7) associé est à une puissance de 500W et une poussée horizontale de 100N lorsque le moteur électrique (7) associé est à une puissance de 1500W. 11. Engin selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le contrôleur d'asservissement (6) du moteur électrique est configuré pour assurer l'alimentation du moteur électrique (7) selon une séquence, de telle sorte qu'une puissance de 1500W puisse être fournie par le ou les moteur(s) électrique(s) (7) pendant une durée de 20s environ, et qu'une puissance de 500W puisse être fournie par le ou les moteur(s) électrique(s) (7) une fois que l'engin a déjaugé.