Brevet FR2986281A1 — publié le 20130802

La présente invention concerne un dispositif permettant de convertir l'énergie de la houle et des vagues sous forme d'énergie mécanique, d'énergie hydraulique et d'énergie électrique. Energie de la houle et des vagues La houle créée par le vent au large se propage dans la mer par trains de vagues assez régulières. En Europe, côté Océan Atlantique la puissance moyenne de la houle et des vagues est estimée selon les sites de 30 à 60 kW par mètre linéaire compté dans le sens longitudinal des vagues. Les régions les plus favorisées en Europe correspondent aux côtes Ouest de l'Espagne, du Portugal, de la France, de la Grande-Bretagne et de l'Irlande. En Méditerranée, la puissance moyenne est estimée à 10 kW par mètre linéaire. Etat de la technique antérieure De nombreuses techniques de récupération de l'énergie de la houle et des vagues ont donné lieu à des expérimentations dont certaines se poursuivent 15 encore actuellement ; on peut citer pour les plus récentes : - les cylindres horizontaux flottants, reliés entre eux et récupérant l'énergie au niveau des articulations de liaison inter-cylindres : système PELAMIS. - les flotteurs comportant à l'intérieur une masse mobile ou oscillante sous l'effet de la houle, le mouvement de cette masse étant utilisé pour produire de 20 l'énergie, par exemple le système de barge avec une masse mobile sur rails ; le système SEAREV avec roue pendulaire actionnant des pompes hydrauliques haute pression. - les dispositifs comportant plusieurs flotteurs basculants : système Oyster. - les flotteurs à déplacements verticaux, reliés par des bras mobiles à une 25 structure support : systèmes Wave Star et Wave Energy module. - le dispositif d'entonnoir à vagues réalisant la surélévation de la masse d'eau : système Wave Dragon. - les dispositifs à volets ou panneaux immergés et basculants, exemple : Waveroller. 30 - les dispositifs à volumes d'eau oscillants dans des colonnes produisant de l'air sous pression, par exemple le projet LIMPET. - 2 - - les bouées produisant de l'énergie hydraulique ou électrique par déplacement vertical guidé. Certains dispositifs n'utilisent qu'une composante des mouvements de la houle et des vagues d'où il en résulte de faibles rendements. Ces différentes techniques, souvent complexes, se sont révélées pour certaines fragiles en cas de tempêtes, et par ailleurs, les puissances développées apparaissent faibles par comparaison avec celles obtenues par les éoliennes. Exposé général de l'invention La présente invention concerne un dispositif permettant de convertir l'énergie de la houle et des vagues sous forme d'énergie mécanique, d'énergie hydraulique et d'énergie électrique. Ce dispositif comprend trois ensembles : un flotteur semi-immergé comportant un compartiment énergie, deux compartiments transmission et des ballasts. - deux bras orientables fixés sur un massif support situé au fond de la mer. - deux chaînes reliant les deux bras au flotteur en passant par des pignons situés dans les compartiments transmission. Les mouvements des chaînes dans le sens vertical font tourner les pignons. Les chaînes sont mises en tension permanente par deux masses situées à leurs extrémités inférieures libres. Les ensembles mobiles : flotteur, bras et chaînes, s'orientent par rapport à la direction générale du front de houle et le dispositif possède ainsi un caractère multidirectionnel. Fonctionnement : sous l'effet de la houle et des vagues, le flotteur est soumis à un mouvement essentiellement vertical et dans une moindre mesure à une poussée horizontale de dérive. Dans le sens de la montée du flotteur, les chaînes de liaison entre le flotteur et les bras transmettent les résultantes des forces s'exerçant sur le flotteur en faisant tourner les pignons moteurs situés dans les compartiments transmission à l'intérieur du flotteur. Dans le sens de la descente du flotteur ce sont les chaînes lestées à leurs extrémités libres qui entraînent la rotation des pignons. Les pignons moteurs transmettent l'énergie motrice aux équipements situés dans le compartiment énergie du flotteur permettant la production d'énergie hydraulique haute pression et d'énergie électrique. Enoncé des figures La figure 1 représente une vue face à la houle de l'ensemble du dispositif comprenant de haut en bas : le flotteur, les chaînes, les deux bras fixés sur le massif support. La figure 2 représente l'ensemble du dispositif vu de côté. La figure 3 représente une vue de dessus du flotteur. La figure 4 représente une vue face à la houle de l'ensemble du dispositif, cette vue présentant une coupe verticale suivant A B du flotteur. La figure 5 représente une vue de côté de l'ensemble du dispositif, cette vue présentant une coupe verticale suivant C D du flotteur. La figure 6 représente une vue de dessus du flotteur dont la partie supérieure est enlevée. Exposé détaillé de l'invention Le dispositif, conforme à l'invention, permettant de convertir l'énergie de la houle et des vagues sous forme d'énergie mécanique, d'énergie hydraulique et d'énergie électrique, comprend trois ensembles : - un flotteur (1) semi-immergé, soumis aux mouvements de la houle et des 20 vagues. - deux bras orientables (2) fixés sur un massif support (3) au fond de la mer. - deux chaînes (4) reliant le flotteur aux bras. Le flotteur (1) de forme particulière possède face à la houle une partie avant (5) en forme d'étrave pour favoriser son orientation vers le front de houle 25 et, en cas de très fortes vagues, éviter tout risque de renversement. Le flotteur est équipé de ballasts (6) fermés et indépendants les uns des autres. Des vannes motorisées et des pompes électriques télécommandées permettent de régler le niveau de flottaison et l'inclinaison du flotteur. A la partie supérieure du flotteur, trois points d'attache (15) permettent la fixation de chaînes de sécurité en cas de 30 nécessité. Le flotteur (1) comporte deux compartiments transmission (7) et un compartiment énergie (8). Chaque compartiment transmission (7) ouvert à la - 4 - partie inférieure est équipé de pignons (9) (10) mis en rotation par une chaîne (4) et d'un pignon de renvoi (11) non moteur. Chacune des chaînes (4) entraîne en rotation deux pignons moteurs (9) (10) qui transmettent l'énergie motrice à des équipements (16) situés à l'intérieur du compartiment énergie. Pour chaque chaîne (4) lors de la montée du flotteur le premier pignon (9) est moteur et le second (10) en mode roue libre ; lors de la descente du flotteur, la situation est inversée : le premier pignon (9) se trouve en mode roue libre et second (10) devient moteur. A l'intérieur du compartiment énergie (8), de façon classique, les arbres moteurs mis en rotation par les pignons (9) (10) entraînent, par l'intermédiaire d'embrayages et de multiplicateurs, des pompes hydrauliques haute pression ; ces pompes hydrauliques alimentent à leur tour par l'intermédiaire de réservoirs haute pression des moteurs hydrauliques actionnant des alternateurs. Les équipements du compartiment énergie (8) sont munis de capteurs et de moyens de commande, d'autres capteurs permettent de mesurer l'amplitude de la houle et l'orientation de l'axe du flotteur. L'ensemble des informations des capteurs et des commandes est envoyé d'une part à un automate local et d'autre part à une centrale de contrôle située à terre. Les équipements de commande et contrôle du compartiment énergie (8) sont alimentés en énergie électrique par des batteries situées dans ce compartiment et en secours depuis la terre par un câble immergé (12). L'énergie électrique produite est conduite à terre vers la centrale de contrôle par des câbles immergés (13). Les informations de surveillance, des capteurs et les commandes des équipements du compartiment énergie (8) transitent par câbles immergés (14) jusqu'à la centrale de contrôle. Les deux bras (2) reçoivent à leurs extrémités les fixations inférieures des chaînes (4) ; ces bras (2) sont fixés en leur centre sur un massif (3) implanté au fond de la mer. La fixation des bras sur le massif réalisée par l'intermédiaire d'un pivot et d'une butée permet, sous l'effet des tensions des chaînes, la rotation des bras dans un plan sensiblement horizontal de façon à suivre l'orientation du flotteur vers le front de houle ; le dispositif possède ainsi un caractère multidirectionnel. La distance verticale entre le massif support des bras et le 2 9 8 6 2 8 1 - 5 - Niveau moyen de la mer est choisie de sorte que, dans tous les cas de hauteur des marées de la houle et des vagues, elle permette le libre débattement dans le sens vertical des chaînes (4). En variante, les bras (2) sont fixés sur une structure dont la partie inférieure se 5 trouve ancrée au fond de la mer, ce qui permet d'adapter le dispositif aux différents types de fonds marins. Les chaînes (4) transmettent aux pignons (9) (10) l'énergie résultant des mouvements du flotteur dans le sens vertical. En présence de houle formée, les portions de chaînes reliées aux bras (2) ne sont jamais verticales en raison de la 10 composante de dérive du flotteur. Chaque chaîne (4) comporte deux parties : la partie supérieure qui actionne les pignons (9) (10) (11) est constituée par une chaîne mécanique à rouleaux, lestée à son extrémité libre par une masse (17) qui en assure la tension continue tout en permettant de contrer la poussée de dérive du flotteur. La partie inférieure de la chaîne qui, dans toutes les conditions de 15 marée et de houle, reste en dessous du niveau inférieur du flotteur, est simplement constituée par une chaîne de type marine ou en variante par un câble. Il doit être entendu que la description qui précède est donnée à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne 20 sortirait pas en remplaçant les ensembles et équipements décrits par d'autres équivalents. Applications industrielles La présente invention permet de résoudre les principaux problèmes posés par les système à flotteurs : l'orientation continue en direction du front de houle, le bon 25 fonctionnement avec des houles croisées et des vagues déferlantes et l'adaptation permanente aux différentes hauteurs de marées. Cette invention présente également un autre avantage en effet, elle ne nécessite aucune installation importante sur le rivage et ne modifie en rien l'aspect du paysage. Ce dispositif de conversion de l'énergie de la houle et des vagues peut être installé 30 en grand nombre le long des côtes qui disposent de potentiels énergétiques et de fonds marins favorables.