Brevet FR2956702A1 — publié le 20110826

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un système de conversion de l'énergie d'un fluide naturellement en mouvement. ETAT DE LA TECHNIQUE On connaît aujourd'hui plusieurs types de dispositifs permettant de capter l'énergie cinétique d'un fluide naturellement en mouvement, tel qu'un courant marin par exemple, pour la convertir en une énergie utilisable. Le document WO 03/029645 décrit un système de génération d'électricité comprenant des unités de turbines immergées dans l'eau de mer, chaque unité incluant un manchon présentant un canal et une turbine montée dans le canal, la turbine étant entrainée en rotation par le courant d'eau circulant dans le canal. Les unités de turbines sont fixées au fond de la mer au moyen de châssis fixes de manière à ce que les unités de turbines soient alignées avec une direction principale du courant de marée. Comme l'orientation des unités de turbines est fixe, ce système ne permet pas de faire fonctionner les unités de turbine en cas d'inversion du sens du courant. Le document FR 2 913729 décrit un dispositif pour capter une énergie cinétique d'un courant marin comprenant une hélice, une pompe centrifuge multicellulaire apte à être entrainée par l'hélice et un système venturi pour accélérer la vitesse du courant marin qui anime l'hélice. Ce document prévoit la possibilité que le dispositif soit fixé au fond de la mer au moyen d'un joint tournant et soit apte à « éviter », c'est-à-dire à s'orienter de lui-même selon la direction et le sens du courant. Cette possibilité présente l'avantage de permettre d'entrainer l'hélice en rotation malgré les variations du sens du courant. Cependant, dans le cas d'un courant provoqué par la marée, présentant une direction sensiblement constante, il existe un risque que le dispositif ne s'oriente pas correctement au moment de l'inversion du sens du courant. Cela est d'autant plus vrai qu'à ce moment, le courant présente une intensité faible. RESUME DE L'INVENTION Un but de l'invention est de proposer un système de conversion qui s'oriente correctement en cas d'inversion du sens du courant. Ce problème est résolu dans le cadre de la présente invention grâce à un système de conversion de l'énergie d'un fluide naturellement en mouvement selon une direction d'écoulement sensiblement constante, comprenant : - un ensemble de conversion incluant un ou plusieurs module(s) de conversion, chaque module de conversion comprenant une hélice apte à être entrainée en rotation par le fluide, l'ensemble de conversion présentant une forme générale symétrique par rapport à un plan de symétrie, - des moyens de liaison de l'ensemble de conversion avec un support fixe, les moyens de liaison autorisant une rotation de l'ensemble de conversion par rapport au support, - des moyens pour provoquer une rotation de l'ensemble par rapport au support fixe sous l'effet d'une inversion de sens d'écoulement du fluide, de manière à orienter le module de conversion en fonction du sens d'écoulement du fluide, dans lequel les moyens pour provoquer une rotation de l'ensemble comprennent un élément de dissymétrie apte à créer un défaut de symétrie de l'ensemble de conversion par rapport au plan de symétrie de l'ensemble. Le fluide naturellement en mouvement est par exemple de l'eau de mer dont l'écoulement est provoqué par la marée. Par l'expression « direction sensiblement constante », on entend dans le cadre de la présente invention, une direction dont l'orientation présente une variation inférieure à 5 degrés. Le défaut de symétrie créé par l'élément de dissymétrie favorise un retournement de l'ensemble de conversion sous l'action du courant marin. En effet, du fait de ce défaut de symétrie, l'inversion du sens du courant génère sur l'ensemble de conversion un couple tendant à faire pivoter l'ensemble de conversion. De préférence, les moyens de liaison autorisent une rotation de l'ensemble de conversion selon un axe de rotation perpendiculaire à la direction d'écoulement du fluide. Dans certains modes de réalisation de l'invention, le défaut de symétrie est temporaire, c'est-à-dire que le défaut est provoqué par une inversion du sens du courant et disparait une fois que l'ensemble de conversion se trouve correctement orienté par rapport au courant. Dans un premier mode de réalisation, l'élément de dissymétrie comprend un aileron mobile par rapport à l'ensemble de conversion, l'aileron étant apte à être actionné par le fluide. L'aileron peut être monté rotatif par rapport à l'ensemble de conversion. L'aileron peut être apte à s'orienter dans une première direction parallèle à la direction d'écoulement du fluide lorsque le fluide s'écoule dans un sens donné et à s'orienter avec un angle non-nul par rapport à la direction d'écoulement du fluide lors d'une inversion de sens d'écoulement du fluide. L'aileron peut présenter une forme sensiblement incurvée par rapport au plan de symétrie de l'ensemble de conversion. Dans un deuxième mode de réalisation, chaque module de conversion comprend une tuyère pour guider l'écoulement du fluide à travers l'hélice et l'élément de dissymétrie comprend des moyens pour modifier une section de passage du fluide dans une tuyère. L'élément de dissymétrie peut comprendre un ou plusieurs volets mobiles montés à l'intérieur d'un canal d'écoulement du fluide de la tuyère. Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, le défaut de symétrie est permanent, c'est-à-dire que ce défaut est présent en permanence mais qu'il ne modifie que très peu le fonctionnement du système. Dans un troisième mode de réalisation, l'élément de dissymétrie comprend un positionnement de l'axe de rotation dans une position décalée par rapport au plan de symétrie de l'ensemble de conversion. Dans un quatrième mode de réalisation, le système comprend au moins deux modules de conversion, chaque module de conversion incluant une tuyère pour guider le fluide vers l'hélice, et dans lequel l'un des modules de conversion inclut une tuyère présentant une dimension sensiblement différente d'une dimension correspondante de la tuyère de l'autre module de conversion. PRESENTATION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages ressortiront encore de la 10 description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative te doit être lue en regard des figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue générale schématique d'un exemple de système de conversion destiné à être installé au fond de la mer, - les figures 2A à 2C représentent de manière schématique un 15 système de conversion conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, - les figures 3A à 3C représentent de manière schématique un système de conversion conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention, 20 - les figures 4A et 4B représentent de manière schématique un système de conversion conforme à un troisième mode de réalisation de l'invention, - les figures 5A et 5B représentent de manière schématique un système de conversion conforme à un quatrième mode de réalisation de 25 l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DES MODES DE REALISATION Sur la figure 1, le système de conversion 1 représenté comprend un ensemble de conversion 2 incluant deux modules de conversion 3 et 4 30 sensiblement identiques, un arbre rotatif 5 et un support fixe 6 destiné à être fixé au fond de la mer. Les modules 3, 4 sont agencés de manière symétrique par rapport à un plan de symétrie vertical P. Chaque module 3, 4 comprend une tuyère 31, 41 formant un canal longitudinal 32, 42 de guidage de l'eau de mer et une hélice 33, 43 agencée à l'intérieur du canal. Chaque tuyère 31, 41 présente une forme symétrique de révolution autour d'un axe longitudinal 311, 411. Chaque tuyère 31, 41 présente une entrée d'eau 312, 412 et une sortie d'eau 313, 413. L'eau en mouvement pénètre par l'entrée d'eau 312, 412, est guidée par le canal 32, 42 à travers l'hélice 33, 43 et sort par la sortie d'eau 313, 413. Chaque tuyère 31, 41 présente un profil adapté pour accélérer l'eau dans une zone du canal 32, 42 dans laquelle est positionnée l'hélice. Les tuyères 31 et 41 sont montées solidaires l'une de l'autre grâce à des structures à poutres 71 et 72 reliant les tuyères l'une à l'autre. L'ensemble de conversion 2 est monté rotatif par rapport au support fixe 6 par l'intermédiaire de l'arbre rotatif 5 qui supporte l'ensemble. Plus précisément, l'ensemble de conversion 2 est monté rotatif autour d'un axe de rotation Z vertical, de sorte que les modules de conversion peuvent être orientés pour être alignés avec une direction X du courant C. Autrement dit, les axes longitudinaux 311, 411 des tuyères sont parallèles à la direction X du courant de manière à ce que l'ensemble de conversion 2 présente une efficacité maximale. Les figures 2A à 2B représentent de manière schématique un système de conversion conforme à un premier mode de réalisation de l'invention. Dans ce premier mode de réalisation, le système de conversion 1 comprend un aileron 8 de forme générale plane et s'étendant dans le plan 25 de symétrie P de l'ensemble de conversion. L'aileron 8 comprend une partie fixe 81 et une partie mobile 82 montée librement à rotation par rapport à la partie fixe 81, autour d'un axe de rotation 83 sensiblement vertical. Grâce à la présence de l'aileron 8, l'ensemble de conversion 2 est 30 apte à se retourner en cas d'inversion du sens du courant. Dans le cas d'un courant provoqué par la marée, le courant d'eau de mer est orienté selon une direction X sensiblement constante. Cependant, l'intensité et le sens du courant d'eau de mer varie de manière cyclique. Lorsque l'eau de mer est en mouvement dans un premier sens d'écoulement Cl (sens du flux), le système 1 s'oriente spontanément de manière à ce que les modules 3 et 4 se trouvent alignés avec la direction du courant. Plus précisément, le système 1 s'oriente de sorte que le plan P de symétrie se trouve parallèle à la direction X de l'écoulement. De plus, les modules 3 et 4 sont orientées de sorte que de l'eau pénètre par les entrées d'eau 312, 412, soit guidée par les canaux 32, 42 et sorte par les sorties 313, 413 de chacune des tuyères 31, 41. De cette façon, l'écoulement d'eau entraine en rotation les hélices 33, 43 agencées à l'intérieur des tuyères 31, 41. Lors d'une inversion du courant, l'écoulement change de sens. L'eau de mer, en mouvement dans un deuxième sens C2 (sens du reflux), opposé au premier sens Cl, agit sur l'aileron 8 et provoque la rotation de la partie mobile 82 de l'aileron par rapport à la partie fixe 81. Il en résulte que la partie mobile 82 de l'aileron forme un angle non nul avec le plan de symétrie P de l'ensemble de conversion (comme cela est représenté en traits pointillés sur la figure 2B). Autrement dit, la rotation de la partie mobile 82 de l'aileron rompt la symétrie de l'ensemble de conversion par rapport au plan de symétrie P. Le défaut de symétrie généré par l'aileron 8, sous l'action du courant C2, provoque une rotation de l'ensemble 2 autour de l'axe de rotation Z par rapport au support fixe 6. L'ensemble 2 de conversion est soumis à un couple tendant à faire pivoter l'ensemble 2 de conversion autour de l'axe Z. L'ensemble 2 de conversion se retourne et s'oriente spontanément dans le sens de l'écoulement C2. La figure 2C représente de manière schématique une variante du système des figures 2A et 2B, dans laquelle la partie mobile 82 présente une forme incurvée (et non pas plane comme dans le cas des figures 2A et 2B). La forme incurvée de la partie mobile 82 favorise la rotation de la partie mobile 82 lors de l'inversion du sens d'écoulement du courant. Les figures 3A à 3C représentent de manière schématique un système de conversion conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention. Dans ce deuxième mode de réalisation, le module 3 comprend des volets mobiles 341 à 344 positionnés à l'intérieur de la tuyère. Ces volets mobiles 341 à 344 sont par exemple montés à rotation sur des barres de fixation 34 servant à fixer l'hélice à la tuyère. Ces barres de fixation 34 s'étendent dans des directions radiales par rapport à l'axe 311 de la tuyère 31. Chaque volet est monté rotatif par rapport à la barre de fixation à laquelle il est lié. Lorsque l'eau de mer est en mouvement dans un premier sens d'écoulement Cl (sens du flux), le système 1 s'oriente spontanément de manière à ce que les modules 3 et 4 se trouvent alignés avec la direction du courant. Dans cette configuration, les volets 341 et 344 s'étendent parallèlement à la direction d'écoulement de l'eau de sorte qu'ils laissent l'eau s'écouler à travers la tuyère 3. Lorsque le sens d'écoulement de l'eau s'inverse, l'eau de mer change de sens de mouvement. L'eau de mer, en mouvement dans un deuxième sens d'écoulement C2 (sens du reflux), opposé au premier sens Cl, agit sur l'aileron les volets 341 à 344 et provoque la rotation des volets par rapport aux barres de fixation 34. Dans cette configuration, les volets 341 à 344 font obstacle à l'écoulement de l'eau dans la tuyère 3. La fermeture des volets 341 à 344 restreint la section de passage dans la tuyère 3 et rompt la symétrie de l'ensemble de conversion par rapport au plan de symétrie P. L'eau s'écoule librement dans la tuyère 4 alors que l'écoulement est freiné dans la tuyère 3. Le défaut de symétrie généré par les volets 341 à 344, sous l'action du courant C2 provoque une rotation de l'ensemble 2 autour de l'axe de rotation Z par rapport au support fixe 6. L'ensemble 2 de conversion est soumis à un couple tendant à faire pivoter l'ensemble 2 de conversion autour de l'axe Z. L'ensemble 2 de conversion se retourne et s'oriente spontanément dans le sens de l'écoulement C2. Les figures 4A et 4B représentent de manière schématique un système de conversion conforme à un troisième mode de réalisation de l'invention. Dans ce troisième mode de réalisation, l'axe de rotation Z de 5 l'ensemble de conversion 2 est légèrement décalé par rapport au plan de symétrie P de l'ensemble de conversion 2. Du fait de ce décalage, l'ensemble 2 s'oriente naturellement de sorte que les axes longitudinaux 311, 411 des tuyères 31, 41 forment un angle a non nul avec la direction X du courant. L'axe de rotation Z est 10 positionné par rapport à l'ensemble de conversion 2 de sorte que cet angle soit inférieur à 5 degrés lorsque l'ensemble de conversion 2 est soumis à l'action du courant. Dans cette configuration, la direction du courant X n'est pas parfaitement parallèle au plan P de symétrie de l'ensemble de conversion. 15 Autrement dit, le courant Cl (sens du flux) ne s'écoule pas de manière symétrique par rapport au plan P. Lorsque le sens du courant s'inverse, l'eau de mer change de sens d'écoulement. L'eau de mer, qui s'écoule dans un deuxième sens C2 (sens du reflux), opposé au premier sens Cl, agit sur les tuyères 31 et 41. Du fait 20 du positionnement décalé de l'axe de rotation Z par rapport au plan de symétrie P, l'action du courant C2 génère sur l'ensemble 2 un couple non nul qui tend à faire pivoter l'ensemble 2 autour de l'axe de rotation Z. L'ensemble 2 pivote autour de l'axe de rotation Z par rapport au support fixe 6 et s'oriente spontanément dans le sens de l'écoulement C2. 25 Les figures 5A et 5B représentent de manière schématique un système de conversion conforme à un quatrième mode de réalisation de l'invention. Dans ce quatrième mode de réalisation, les tuyères 31 et 41 sont sensiblement identiques, excepté que la tuyère 31 présente une longueur 30 L1 (dimension mesurée selon l'axe longitudinal 311) légèrement supérieure à la longueur L2 (dimension mesurée selon l'axe longitudinal 411) de la tuyère 41. Du fait de cette différence de dimension, l'ensemble 2 s'oriente naturellement de sorte que les axes longitudinaux 311, 411 des tuyères 31, 41 forment un angle a non nul avec la direction X du courant. La différence de longueur L1 ù L2 est telle cet angle est inférieur à 5 degrés. Dans cette configuration, la direction du courant X n'est pas parfaitement parallèle au plan P de symétrie de l'ensemble de conversion. Autrement dit, le courant Cl (sens du flux) ne s'écoule pas de manière symétrique par rapport au plan P. Lorsque le sens du courant s'inverse, l'eau de mer change de sens de mouvement. L'eau de mer, en mouvement dans un deuxième sens C2 (sens du reflux), opposé au premier sens C1, agit sur les tuyères 3 et 4. Du fait de la légère dissymétrie de l'ensemble 2 par rapport au plan de symétrie P, l'action du courant C2 génère sur l'ensemble 2 un couple non nul qui tend à faire pivoter l'ensemble 2 autour de l'axe de rotation Z. L'ensemble 2 pivote autour de l'axe de rotation Z par rapport au support fixe 6 et s'oriente spontanément dans le sens de l'écoulement C2. Les différents éléments de dissymétrie décrit en relation avec les modes de réalisation des figures 2 à 5 peuvent être utilisés seuls ou en combinaison. L'invention permet d'obtenir une orientation initiale correcte de l'ensemble de conversion 2 lors du montage du système. En effet, le montage est réalisé au cours d'une période dans laquelle l'intensité du courant est minimale, c'est-à-dire dans une période d'inversion du sens du courant de marée. L'invention permet également d'obtenir une orientation correcte de l'ensemble au cours de son fonctionnement. En effet, l'orientation de l'ensemble 2 de conversion est inversée à chaque inversion du sens du courant de manière à obtenir une efficacité maximale de fonctionnement des modules de conversion.30 REVENDICATIONS1. Système (1) de conversion de l'énergie d'un fluide naturellement en mouvement selon une direction d'écoulement (X) sensiblement 5 constante, comprenant : - un ensemble (2) de conversion incluant un ou plusieurs module(s) (3, 4) de conversion, chaque module de conversion comprenant une hélice (33, 43) apte à être entrainée en rotation par le fluide, l'ensemble (2) de conversion présentant une forme générale symétrique par rapport à un plan 10 (P) de symétrie, - des moyens (5) de liaison de l'ensemble (2) de conversion avec un support fixe (6), les moyens (5) de liaison autorisant une rotation de l'ensemble (2) de conversion par rapport au support (6), - des moyens (8, 341-344) pour provoquer une rotation de 15 l'ensemble (2) par rapport au support fixe (6) sous l'effet d'une inversion de sens d'écoulement du fluide, de manière à orienter le module (3, 4) de conversion en fonction du sens (Cl, C2) d'écoulement du fluide, dans lequel les moyens (8, 341-344) pour provoquer une rotation de l'ensemble (2) de conversion comprennent un élément de dissymétrie apte 20 à créer un défaut de symétrie de l'ensemble de conversion par rapport au plan (P) de symétrie de l'ensemble (2) de conversion. 2. Système selon l'une des revendications qui précèdent, dans lequel l'élément de dissymétrie comprend un aileron (82) mobile par rapport 25 à l'ensemble (2) de conversion, l'aileron (82) étant apte à être actionné par le fluide. 3. Système selon la revendication 2, dans lequel l'aileron (82) est monté rotatif par rapport à l'ensemble (2) de conversion. 4. Système selon la revendication 3, dans lequel l'aileron (82) est apte à s'orienter dans une première direction parallèle à la direction (X) d'écoulement du fluide lorsque le fluide s'écoule dans un sens donné et à 30s'orienter avec un angle non-nul par rapport à la direction (X) d'écoulement du fluide lors d'une inversion de sens d'écoulement du fluide. 5. Système selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel 5 l'aileron (82) présente une forme sensiblement incurvée par rapport au plan (P) de symétrie de l'ensemble (2) de conversion. 6. Système selon l'une des revendications qui précèdent, dans lequel chaque module (3, 4) de conversion comprend une tuyère (31, 41) 10 pour guider l'écoulement du fluide à travers l'hélice (33, 43) et l'élément de dissymétrie comprend des moyens (341-344) pour modifier une section de passage du fluide dans une tuyère (31). 7. Système selon la revendication 6, dans lequel l'élément de 15 dissymétrie comprend un ou plusieurs volets mobiles (341-344) montés à l'intérieur d'un canal d'écoulement du fluide de la tuyère (31, 41). 8. Système selon l'une des revendications qui précèdent, dans lequel les moyens (5) de liaison autorisent une rotation de l'ensemble (2) de 20 conversion selon un axe (Z) de rotation perpendiculaire à la direction (X) d'écoulement du fluide. 9. Système selon la revendication 8, dans lequel l'élément de dissymétrie comprend un positionnement de l'axe de rotation (Z) dans une 25 position décalée par rapport au plan (P) de symétrie de l'ensemble (2) de conversion. 10. Système selon l'une des revendications qui précèdent, comprenant au moins deux modules (3, 4) de conversion, chaque module 30 (3, 4) de conversion incluant une tuyère (31, 41) pour guider le fluide vers l'hélice (33, 43), et dans lequel l'un (3) des modules de conversion inclut une tuyère (31) présentant une dimension (L1) sensiblement différented'une dimension (L2) correspondante de la tuyère (41) de l'autre module (4) de conversion.