Brevet FR2955156A1 — publié le 20110715

DEMANDE DE BREVET D'INVENTION Demandeur(s): CROLET FRANCOIS CHRISTIAN PAUL Inventeur(s): CROLET FRANCOIS CHRISTIAN PAUL Titulaire(s) Mandataire(s): CROLET FRANCOIS, DISPOSITIF DE CONVERSION DE L'ENERGIE DE LA HOULE EN ENERGIE ELECTRIQUE Dispositif de conversion de l'énergie alternative de la houle sous forme d'énergie électrique comportant un volume en forme d'hélice (1) dont l'axe (2) est maintenu sensiblement en coïncidence avec le niveau moyen de la surface libre de la mer par un dispositif de flottaison (3) et de stabilisation (4). Un dispositif d'ancrage (5) et un dispositif d'orientation (6) permettent ensemble de maintenir les conditions liant la longueur du pas de l'hélice à la longueur d'onde des vagues, le rayon de l'hélice au creux des vagues et l'orientation relative de l'axe de l'hélice par rapport à la direction de propagation des vagues, pour que le volume (1) soit soumis à un couple unidirectionnel tendant à le faire tourner sur son axe (2). Cette caractéristique permet de transformer le mouvement alternatif des vagues en mouvement de rotation unidirectionnel du volume (1). Le volume (1) entraîne à son tour une génératrice (7) située dans un stator (8) afin de convertir l'énergie mécanique de rotation du volume (1) sous forme d'énergie électrique. Un câble (8) conduit le courant électrique produit vers le réseau utilisateur. Les applications industrielles concernent des installations temporaires ou durables assurant la production d'électricité pour des besoins insulaires ou côtiers. 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 plusieurs centaines de 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 complexes et peu adaptés à un séjour prolongé en milieu marin. Enfin, ces structures mécaniques de grandes tailles, souvent 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 dont le coût reste difficilement rentabilisable. Le dispositif suivant l'invention permet d'éviter ces inconvénients, Le dispositif suivant l'invention, selon une première caractéristique, comporte un volume en forme d'hélice (1) maintenu partiellement immergé sur la surface de la mer par un dispositif de flottaison (3) Selon une seconde caractéristique l'axe (2) du volume en forme d'hélice est principalement indéformable et maintenu sensiblement parallèle au niveau moyen de la surface libre de la mer par un dispositif de stabilisation (4). 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 du volume. Sous certaines conditions liant la longueur du pas de l'hélice à la longueur d'onde des vagues, le rayon de l'hélice au creux des vagues et l'orientation relative de l'axe de l'hélice par rapport à la direction de propagation des vagues, le volume (1) est soumis à un couple tendant à le faire tourner sur son axe (2). Cette caractéristique permet de transformer le mouvement alternatif des vagues en mouvement de rotation unidirectionnel. Selon une troisième caractéristique, le pas de la forme hélicoïdale du volume est choisi en fonction de la longueur d'onde de la houle la plus fréquemment rencontrée sur le site d'implantation envisagé. Cette caractéristique permet de transformer le mouvement alternatif des vagues en mouvement de rotation unidirectionnel et continu. Selon une quatrième caractéristique, le dispositif est maintenu en position sur un champ de vagues par l'intermédiaire d'un dispositif d'ancrage (5) destiné à résister aux composantes horizontales, longitudinale (5a) et transversale (5b), 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. Selon une cinquième caractéristique, le dispositif est orientable autour de son point de positionnement géographique par l'intermédiaire d'un dispôsitif d'orientation (6). Cette caractéristique permet d'adapter le dispositif à un changement de direction de propagation des vagues, Selon une sixième caractéristique, l'angle d'incidence de l'axe du volume (1) avec la direction de propagation des vagues est maintenu à son optimum par une action sur son dispositif d'orientation (6). Cette caractéristique permet de maintenir le rendement à son optimum en cas de variation lente de la direction du front de vague ou de la longueur d'onde des vagues. Selon une septième caractéristique, un dispositif de flottaison (3) permet d'ajuster le niveau d'immersion du dispositif, le rendant ainsi submersible. Cette caractéristique permet d'immerger temporairement le dispositif afin de le soustraire aux effets des tempêtes qui affectent principalement la surface libre de la mer. Selon une huitième caractéristique, le dispositif de flottaison (3) est constitué de deux volumes lestés situés l'un (3a) à l'avant, l'autre (3b) à l'arrière du volume (1). Dans certaines configurations d'assemblage par mise en série de plusieurs dispositifs selon l'invention, le volume lesté situé à l'avant d'un dispositif pourra servir de volume lesté arrière du dispositif qui le précède immédiatement. Selon une neuvième caractéristique, le volume (1) entraîne en rotation une génératrice de courant (7) dans un stator pendulaire (8) . Cette caractéristique permet de faire travailler le couple moteur exercé par les vagues sur le volume (1) afin de transformer l'énergie mécanique de rotation sous forme d'électricité. Selon une dixième caractéristique, le volume (1) est constitué de modules identiques (11) montés en série le long d'un arbre (9) de façon à constituer une hélice (10), Selon une onzième caractéristique, le volume (1) est constitué de modules identiques (12) montés en parallèle le long d'un arbre (9) de façon à constituer une hélice (10). Ces deux dernières caractéristiques permettent de réduire les coûts de fabrication des modules en augmentant les séries et de rendre plus facilement réparable le volume en forme d'hélice qui reste la partie la plus exposée aux efforts induits par la houle. Selon une douzième caractéristique le dispositif selon l'invention est associé à un autre dispositif selon l'invention dont l'axe de rotation (2 bis) est aligné avec celui du premier dispositif. Cette caractéristique permet au groupe formé par les deux dispositifs selon l'invention d'augmenter mutuellement leur stabilité en tangage. Selon une treizième caractéristique, le dispositif selon l'invention est associé par des entretoises (13) à un autre dispositif selon l'invention dont le pas de l'hélice est inversé de telle sorte que leurs axes de rotation (2 et 2 ter) soient parallèles. Cette caractéristique permet au groupe formé par les deux dispositifs selon l'invention de favoriser la stabilité en lacet de la paire qu'ils constituent. Selon une quatorzième caractéristique, un effet hydrodynamique est obtenu lors de chaque passage d'une vague à l'aplomb du stator (8) grâce à sa forme tridimensionnelle adaptée et à son éloignement déterminé du volume (1), vers l'amont selon le sens de propagation de la houle. Cette caractéristique permet de stabiliser le dispositif en tangage. Selon une quinzième caractéristique, l'axe (2) est constitué d'une poutre tridimensionnelle tétraèdrée (20) réalisée par assemblages successifs de poutrelles (21) de dimensions standardisées à l'aide de noix standardisées (22). Cette caractéristique permet de transporter facilement en pièces détachées le dispositif pour être assemblé à proximité de son lieu d'exploitation. Selon une seizième caractéristique, la poutre tridimensionnelle tétraèdrée (20) possède une de ses trois longues arêtes rectiligne, colinéaire avec l'axe (2), les deux autres longues arêtes épousant la forme hélicoïdale recherchée pour le volume (1). Cette caractéristique permet d'obtenir la quasi indéformabilité de l'axe (1) simultanément à la réalisation d'une structure hélicoïdale quasi indéformable d'accueil des modules (11) ou (12) constituant le volume (1) multipliant les points ou lignes d'appui de ces modules avec cette structure tétraèdrée. Selon une dix-septième caractéristique, le caractère pendulaire du stator (8) sera obtenu par sa liaison physique au volume lesté situé à l'avant (3a) et/ou à l'arrière (3b) du dispositif. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, destiné à la production insulaire d'énergie électrique à partir d'un champ de vagues orientées comme on en trouve à proximité des côtes, le volume (1) de forme hélicoïdale est une poutre tridimensionnelle tétraèdrée (20) réalisée à partir de poutrelles standardisées (21) et de noix d'assemblage standardisées (22). les dimensions des poutrelles (21) est choisie de manière à ce qu'une des longues arêtes de la poutre (20) soit linéaire afin de constituer l'axe (2) du dispositif; tandis que les deux autres longues arêtes de la poutre (20) définissent la forme hélicoïdale de la structure à axe horizontal (10). Des modules flotteurs identiques (11) de forme principalement 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 de base. L'axe (2) se prolonge à l'avant pour recevoir le volume lesté (3a) et le stator pendulaire (8) qui abrite la génératrice de courant (7). L'axe (2) se prolonge à l'arrière pour recevoir le volume lesté (3b) et éventuellement le stator (8) d'un autre dispositif selon l'invention monté en série. Le volume lesté avant (3a) ou le stator pendulaire (8) est muni d'une amarre le reliant à un ancrage (5) ménagé sur le fond du littoral. Un second dispositif selon l'invention, mais dont l'hélice possède un pas en sens inverse du sens de l'hélice du premier dispositif, est maintenu à distance constante du premier dispositif grâce à deux entretoises (13) de longueur fixe réunissant d'une part les deux volumes lestés avant (3a) ou les deux stators (8) et d'autre part les deux volumes lestés arrière (3b) ou les deux stators (8). le dispositif de stabilisation (4) est réalisé par la mise en place d'une dérive mobile équipant les volumes lestés (3a, 3b) et/ou le stator (8). Le dispositif d'orientation (6) est constitué d'un rail (60) et d'un chariot (61) relié à l'extrémité du câble (62). Le déplacement du chariot (61) sur le rail (60) permet de modifier l'orientation de l'axe du volume (1) pour maintenir un bon couplage malgré une diminution de la longueur d'onde de la houle. Les volumes lestés (3a) et (3b) sont munis de ballasts dont l'action pourra être conjuguée au gonflage/dégonflage des modules flotteurs identiques (11) pour immerger le dispositif en cas de tempête, afin de le soustraire à l'action destructrice des vagués. Applications industrielles: le dispositif selon l'invention constitue le module générateur de base d'un maillage de la surface d'un champ de houle exploitable à proximité immédiate des côtes. La transformation de l'énergie de la houle en énergie électrique permet accessoirement de d'atténuer la violence de cette houle en aval du dispositif. Il est ainsi permis d'envisager des applications intéressant la protection des ouvrages en mer ou des côtes contre l'agression de la houle. Le rassemblement de plusieurs dispositifs 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) dispositif permettant de convertir l'énergie des vagues, présentes à la surface des mers sous forme d'énergie cinétique et potentielle alternative, en énergie électrique caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un volume (1) en forme d'hélice (10), partiellement immergé à la surface de la mer, dont l'axe (2) est maintenu indéformable sensiblement parallèle au niveau moyen de la surface de la mer et à la direction de propagation des vagues. 2) dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que la projection de la longueur du pas de l'hélice (10) sur la direction de propagation des vagues est maintenue proche de la longueur d'onde des vagues par l'action sur un dispositif d'orientation (6). 3) dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que l'immersion partielle ou totale du dispositif est obtenue par une action utilisant un dispositif de flottaison (3) constitué d'au moins un volume lesté. 4) dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que l'axe (2) du volume (1) en forme d'hélice est maintenu parallèle au niveau moyen de la mer par l'action d'un dispositif de stabilisation (4) prenant partiellement appui hydrodynamique sur la masse d'eau en mouvement en amont du volume (1). 5) dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que l'axe (2) est constitué d'une poutre tétraèdrée indéformable (20). 6) dispositif selon revendication 5 caractérisé par le fait que la poutre tétraèdrée (20) comporte 3 longues arêtes dont au moins deux épousent la forme d'une hélice de même pas. 7) 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 (5) destiné à résister aux composantes horizontales, longitudinale (5a) et transversale (5b), des efforts induits par les vagues sur le dispositif. 8) dispositif selon revendication 2 caractérisé par le fait que le dispositif d'orientation (6) prend appui sur la masse d'air environnante. 9) dispositif selon revendication 2 caractérisé par le fait que le dispositif d'orientation (6) prend appui sur le fond de la mer. 10) dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que le pas de l'hélice pourra être choisi gauche ou droit. 11) dispositif selon revendication 10 caractérisé par le fait que lors de la mise en parallèle de deux dispositifs, chaque paire constituée comprendra un dispositif avec hélice à gauche et un dispositif avec hélice à droite. 12) dispositif selon revendication 10 caractérisé par le fait que lors de la mise en série de plusieurs dispositifs, chaque ligne sera constituée en alternant un dispositif avec hélice à gauche et un dispositif avec hélice à droite. 13) dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que le volume (1) en forme d'hélice est composé de plusieurs modules (11) identiques disposés en série le long d'un arbre (8) pour former une hélice (9). 14) dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que le volume (1) en forme d'hélice est composé d'un volume de forme principalement tubulaire (12) disposé le long d'un arbre (8) pour former une hélice (9).) dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que le volume (1) en forme d'hélice est composé de plusieurs modules de forme principalement tubulaire (12) disposés en faisceau le long d'un arbre (8) pour former une hélice (9). 16) dispositif selon revendication 3 caractérisé par le fait que le dispositif de flottaison (3) est constitué d'au moins un volume lesté (3a) à l'avant de l'axe (2) et un volume lesté (3b) à l'arrière de l'axe (2).