Brevet FR2955157A1 — publié le 20110715

Page 1 DISPOSITIF SIMPLE DE CONVERSION DE L'ENERGIE DE LA HOULE EN ENERGIE ELECTRIQUE La présente invention concerne les dispositifs du type "houlomotrices" permettant de convertir l'énergie de la houle sous forme d'énergie électrique. Les dispositifs flottants connus utilisent le mouvement va-et-vient vertical de la houle pour entraîner un flotteur articulé ou faire osciller une colonne d'eau dans un cylindre. Dans ces dispositifs connus, l'énergie potentielle et cinétique alternative contenue dans la houle est captée par l'intermédiaire de structures flottantes articulées conçues pour résister dans des conditions de mer extrêmes. De plus, ces dispositifs doivent pouvoir capter les vagues les plus énergétiques et présentent donc une bande passante adaptée à la capture des vagues de grandes longueurs d'onde entraînant des dimensions de plus de cent mètres. Tous ces dispositifs nécessitent des moyens d'ancrage surdimensionnés tandis que l'énergie mécanique récupérée dans ces systèmes sous forme alternative nécessite l'usage de mécanismes de conversion d'une efficience relative et parfois peu adaptés à un séjour prolongé en milieu marin. Enfin, ces structures mécaniques de grandes tailles articulées, doivent durer dans des conditions d'environnement particulièrement agressives. A ce jour, celles qui ont survécu ont pu bénéficier d'importants coefficients de sécurité pour leur dimensionnement. Ces raisons conduisent encore aujourd'hui à des projets de structures expérimentales dont la durée de vie reste incertaine et le coût difficilement rentabilisable. Le dispositif suivant l'invention permet d'éviter ces inconvénients. Le dispositif suivant l'invention, selon une première caractéristique, permet de convertir simplement l'énergie des vagues en électricité caractérisé par le fait qu'il comporte deux rotors composés chacun d'un volume globalement indéformable en forme d'hélice de longueur et de diamètre similaires mais de pas d'hélice de sens opposés (1) et (2) dont les axes de rotation sont maintenus sensiblement parallèles entre eux par l'intermédiaire d'une structure ou stator (3). Sous certaines conditions liant la longueur du pas des hélices à la longueur d'onde des vagues et le rayon des hélices au creux des vagues, quand le stator (3) est rendu globalement immobile à l'aide d'un ancrage (4), alors les volumes hélicoïdaux (1) et (2) sont soumis à un couple tendant à les faire tourner autour de leur axe avec le défilement des vagues. Cette caractéristique permet de transformer le mouvement alternatif des vagues en mouvement de rotation unidirectionnel exploitable directement par un générateur électrique tournant conventionnel. La combinaison des deux volumes hélicoïdaux de pas d'hélice contraires permet d'apporter la stabilité de la paire qu'ils constituent par l'intermédiaire du stator (3) au sein du dispositif. Selon une seconde caractéristique, les axes parallèles des volumes hélicoïdaux (1) et (2) sont maintenus dans le plan moyen de la surface de la mer grâce à un dispositif de ballastage (5) sur la longueur du stator (3), permettant ainsi de maintenir les volumes hélicoïdaux (1) et (2) partiellement immergés à la surface de la mer avec le défilement des vagues. Ce dispositif de ballastage (5) permet également d'ajuster le niveau d'immersion du dispositif, le rendant ainsi submersible. Cette caractéristique permet d'immerger intégralement et temporairement le dispositif afin de le soustraire aux effets des tempêtes qui affectent principalement la surface libre de la mer. Selon une troisième caractéristique, le stator (3) est muni d'un dispositif de stabilisation (6) composé d'ailerons orientables autour d'un axe globalement horizontal et perpendiculaire à la direction de propagation des vagues qui sont disposés à l'avant du dispositif et de façon à être immergés autant que possible. Cette caractéristique empêche le dispositif de s'effacer au passage de la vague et lui permet de disposer de l'appui nécessaire pour faire travailler les efforts exercés par la vague sur la partie immergée des volumes (1) et (2). Page 2 Selon une quatrième caractéristique, les volumes hélicoïdaux (1) et (2) entraînent chacun un générateur électrique (11) et (12), positionnés à l'avant, dans une cabine adaptée, solidaire du stator (3). Les masses des générateurs entraînés par les volumes (1) et (2) contribuent à assurer l'horizontalité des axes des volumes hélicoïdaux (1) et (2) grâce à un effet de masse pendulaire avec le défilement des vagues. Selon une cinquième caractéristique, le dispositif est maintenu en position sur un champ de vagues par l'intermédiaire d'un dispositif d'ancrage (4) destiné à résister aux composantes horizontale, longitudinale et transversale des efforts induits par les vagues sur le dispositif. Cette caractéristique permet de maintenir la position géographique du dispositif sur le champ de vagues so auquel il est adapté tout en lui laissant l'aptitude de s'orienter naturellement à mesure que la direction des vagues change. Selon une sixième caractéristique, le dispositif d'ancrage (4) est relié par un câble (10) au stator (3). Le ou les points d'accroche de ce câble (10) sur le stator (3) seront situés en aval de la cabine abritant les générateurs électriques (11) et (12) et en amont des flotteurs hélicoïdaux (1) et (2), par rapport au sens de défilement des vagues. Cette caractéristique permet de bénéficier de 15 l'effet dynamique pendulaire avant exercée par les masses des générateurs électriques (11) et (12) d'une part et les efforts dynamiques induits par le défilement des vagues sur les volumes hélicoïdaux (1) et (2) d'autre part. Selon une septième caractéristique, les axes des volumes hélicoïdaux (1) et (2) sont maintenus sensiblement parallèles à l'axe de propagation des vagues par l'intermédiaire d'un ou deux safrans L0 (13) pour notamment réduire l'effet de dérive occasionné par un vent de direction différente de l'axe de propagation des vagues. Selon une huitième caractéristique, un câble électrique (14) relie chaque dispositif au réseau local d'électricité. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, destiné à la production d'énergie électrique 25 de masse à partir d'un parc de machines implantées dans un champ de vagues orientées à proximité des côtes, les volumes hélicoïdaux (1) et (2) de grande longueur de chaque machine sont composés par l'association de plusieurs modules identiques de forme principalement tubulaire (7) disposés solidairement en faisceau le long de l'arbre (8) pour que l'ensemble forme les volumes hélicoïdaux (1) et (2) suivant le sens du faisceau. La structure et l'architecture du stator (3) 30 apportent une rigidité axiale pour la liaison avec les volumes hélicoïdaux (1) et (2), notamment par l'ajout d'entretoises (9), solidaires du stator (3), régulièrement disposées le long des axes des volumes hélicoïdaux (1) et (2) et munies d'une liaison pivot à chaque extrémité permettant de réduire les contraintes induites dans les arbres (8) avec le défilement des vagues. Le dispositif de ballastage (5) peut notamment ici prendre la forme de compartiments ballastables intégrés dans 35 la structure axiale immergée du stator (3). Selon un autre mode de réalisation plus léger de l'invention, destiné à la production locale ponctuelle d'énergie électrique, les volumes hélicoïdaux (1) et (2) sont réalisés grâce à des poutres tridimensionnelles tétraèdrées (20) dont le choix particulier des caractéristiques permet de former un maillage volumique de forme globalement hélicoïdale sur un axe continu. Ces poutres 40 tétraèdrées (20), réalisées à partir de poutrelles (21) standardisées, dont les longueurs sont choisies de manière à ce qu'une des arêtes soit toujours sur l'axe du volume hélicoïdal ; tandis que deux autres arêtes définissent la continuité de la forme hélicoïdale. Des flotteurs identiques (27) de forme grossièrement sphérique, pouvant être gonflables, sont intégrés de façon régulière à l'intérieur de la structure en prenant appui sur les 6 poutrelles (21) constituant chaque tétraèdre 45 élémentaire de base. Grâce à cette structure tétraédrée rigide sur sa longueur, le stator (3) ne nécessite pas de liaison pivot intermédiaire. Le dispositif de ballastage (5) se résume à 2 volumes (51) et (52) respectivement placés à l'avant et à l'arrière du dispositif. Page 3 Applications industrielles : le rassemblement de plusieurs dispositifs selon l'invention de taille conséquente à la surface d'un champ de houle à proximité des côtes constitue un véritable parc de production d'électricité. L'installation d'une ou plusieurs machines de dimensions réduites permet de produire 5 ponctuellement de l'électricité en appoint ou en secours sur des sites côtiers notamment isolés. La transformation de l'énergie de la houle en énergie électrique permet accessoirement d'atténuer la violence de cette houle en aval du dispositif. II est ainsi permis d'envisager des applications intéressant la protection des ouvrages en mer, des côtes contre l'agression de la houle, ou encore des activités humaines d'aquaculture. Le rassemblement de plusieurs dispositifs so dans une même zone permet de constituer un barrage flottant atténuateur de houle en aval duquel les activités humaines, animales ou végétales pourront d'autant plus facilement s'exercer qu'elles disposeront d'une source d'énergie locale. Revendications1) Le dispositif selon l'invention pour convertir simplement l'énergie des vagues en électricité caractérisé par le fait qu'il comporte deux rotors composés chacun d'un volume globalement indéformable en forme d'hélice de longueur et de diamètre similaires mais de pas d'hélice de sens opposés (1) et (2) dont les axes de rotation sont maintenus sensiblement parallèles entre eux par l'intermédiaire d'une structure ou stator (3). Sous certaines conditions liant la longueur du pas des hélices à la longueur d'onde des vagues et le rayon des hélices au creux des vagues, quand le stator (3) est rendu globalement immobile à l'aide d'un ancrage (4), alors les volumes hélicoïdaux (1) et (2) sont soumis à un couple tendant à les faire tourner autour de leur axe avec le défilement des vagues. Cette caractéristique permet de transformer le mouvement alternatif des vagues en Ao mouvement de rotation unidirectionnel exploitable directement par un générateur électrique tournant conventionnel. La combinaison des deux volumes hélicoïdaux de pas d'hélice contraires permet d'apporter la stabilité de la paire qu'ils constituent par l'intermédiaire du stator (3) au sein du dispositif. 2) dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que les axes parallèles des volumes 1 hélicoïdaux (1) et (2) sont maintenus dans le plan moyen de la surface de la mer grâce à un dispositif de ballastage (5) sur la longueur du stator (3), permettant ainsi de maintenir les volumes hélicoïdaux (1) et (2) partiellement immergés à la surface de la mer avec le défilement des vagues. Ce dispositif de ballastage (5) permet également d'ajuster le niveau d'immersion du dispositif, le rendant ainsi submersible. Cette caractéristique permet d'immerger intégralement et 20 temporairement le dispositif afin de le soustraire aux effets des tempêtes qui affectent principalement la surface libre de la mer. 3) dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que le stator (3) est muni d'un dispositif de stabilisation (6) composé d'ailerons orientables autour d'un axe globalement horizontal et perpendiculaire à la direction de propagation des vagues qui sont disposés à l'avant du dispositif et de façon à être immergés autant que possible. Cette caractéristique empêche le dispositif de s'effacer au passage de la vague et lui permet de disposer de l'appui nécessaire pour faire travailler les efforts exercés par la vague sur la partie immergée des volumes (1) et (2). 4) dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que les volumes hélicoïdaux (1) et (2) entraînent chacun un générateur électrique (11) et (12), positionnés à l'avant, dans une cabine 'e adaptée, solidaire du stator (3). Les masses des générateurs entraînés par les volumes (1) et (2) contribuent à assurer l'horizontalité des axes des volumes hélicoïdaux (1) et (2) grâce à un effet de masse pendulaire avec le défilement des vagues. 5) dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que le dispositif est maintenu en position sur un champ de vagues par l'intermédiaire d'un dispositif d'ancrage (4) destiné à résister aux 35 composantes horizontale, longitudinale et transversale des efforts induits par les vagues sur le dispositif. Cette caractéristique permet de maintenir la position géographique du dispositif sur le champ de vagues auquel il est adapté tout en lui laissant l'aptitude de s'orienter naturellement à mesure que la direction des vagues change. 6) dispositif selon revendication 5 caractérisé par le fait que le dispositif d'ancrage (4) est relié par iro un câble (10) au stator (3). Le ou les points d'accroche de ce câble (10) sur le stator (3) seront situés en aval de la cabine abritant les générateurs électriques (11) et (12) et en amont des flotteurs hélicoïdaux (1) et (2), par rapport au sens de défilement des vagues. Cette caractéristique permet de bénéficier de l'effet dynamique pendulaire avant exercée par les masses des générateurs électriques (11) et (12) d'une part et les efforts dynamiques induits par le défilement qs des vagues sur les volumes hélicoïdaux (1) et (2) d'autre part.Page 5 7) dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que les axes des volumes hélicoïdaux (1) et (2) sont maintenus sensiblement parallèle à l'axe de propagation des vagues par l'intermédiaire d'un ou deux safrans (13) pour notamment réduire l'effet de dérive occasionné par un vent de direction différente de l'axe de propagation des vagues. 8) dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait qu'un câble électrique (14) te.-au réseau local d'électricité.