Brevet FR2978993A1 — publié le 20130215

-1- 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 crée 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 et du Royaume Uni. Etat de la technique antérieure Un certain nombre de techniques de récupération de l'énergie de la houle a donné lieu à des expérimentations dont certaines se poursuivent 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 une masse mobile ou oscillante sous l'effet de la houle, le mouvement de cette masse étant utilisé pour produire de 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 à colonne d'eau oscillante produisant de l'air sous pression, par exemple le projet LIMPET. - les bouées produisant de l'énergie hydraulique ou électrique par déplacement vertical guidé. Ces différentes techniques souvent complexes se sont révélées fragiles en cas de tempêtes et, par ailleurs, les puissances développées sont faibles en comparaison avec celles obtenues par les éoliennes. Exposé général de l'invention La présente invention concerne un dispositif permettant de convertir l'énergie 10 15 20 25 30 de la houle et des vagues sous forme d'énergie mécanique, d'énergie hydraulique et d'énergie électrique. Ce dispositif comprend quatre ensembles: - un flotteur semi-immergé . - une structure dont la partie inférieure repose au fond de la mer et la partie supérieure porte une plateforme. - un caisson de production d'énergie fixé sur la plateforme de la structure. - deux chaînes réalisant la transmission des forces entre le flotteur et le caisson de production d'énergie; elles sont mises en tension permanente par deux masses fixées à leurs extrémités inférieures. Sous l'effet des mouvements 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 le caisson de production d'énergie transmettent les résultantes des forces s'exerçant sur le flotteur et font tourner les pignons situés à l'extérieur du caisson. Dans le sens de la descente du flotteur, ce sont les chaines lestées qui entraînent ces mêmes pignons. Les pignons situés à l'extérieur du caisson transmettent aux équipements situés à l'intérieur du caisson l'énergie mécanique motrice 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 de transmission, le caisson de production d'énergie et la structure support du caisson. La figure 2 représente l'ensemble du dispositif vue de côté. La figure 3 représente une vue du dessus du flotteur. La figure 4 représente une coupe dans l'axe de symétrie du flotteur. 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 quatre ensembles: - - un flotteur (1) semi-immergé et soumis aux mouvements de la houle et des vagues de la mer. - une structure constituée de montants (2) portant une plateforme (3). - un caisson de production d'énergie (4) orientable fixé sur la plateforme de la 5 structure (3). - deux chaines (5) de liaison et transmission des forces de traction entre le flotteur et le caisson de production d'énergie. Le flotteur (1) de forme particulière possède une partie avant (6) en forme d'étrave pour favoriser son orientation vers le front de houle et, dans des 10 cas de très fortes vagues, éviter tout risque de renversement. Le flotteur est équipé de ballasts (7) fermés et indépendants les uns des autres. Des vannes motorisées et des pompes électriques télécommandées permettent d'ajuster les hauteurs d'eau dans les ballasts et de régler le niveau de flottaison et l'inclinaison du flotteur. Un câble immergé (15) relie le flotteur (1) au caisson 15 (4) pour l'alimentation électrique des équipements du flotteur et la transmission des commandes et données de contrôle. A la partie inférieure du flotteur deux points d'attache (8) reçoivent les fixations des chaines de liaison entre le flotteur et le caisson de production d'énergie (4). A la partie supérieure deux points d'attache (9) permettent la fixation de chaines de sécurité (10) en cas de 20 nécessité. La structure comporte à sa partie supérieure une plateforme (3) sur laquelle est fixé le caisson de production d'énergie(4). Les montants (2) de la structure portant la plateforme sont fixés en partie basse sur des massifs d'ancrage (11) posés et ancrés au fond de la mer. La distance verticale entre la 25 plateforme support du caisson et le niveau moyen de la mer est choisie de sorte que les effets de la houle et des vagues soient très peu sensibles à la profondeur où cette plateforme est installée. La longueur des montants (2) permet le libre débattement dans le sens vertical des chaines (5) dans tous les cas de hauteur des marées et des vagues. 30 Le caisson (4) de production d'énergie est étanche et fixé sur la 10 15 20 25 30 -4- plateforme (3) de la structure de façon qu'il soit orientable pour suivre la direction de l'axe de symétrie du flotteur sous l'action du front des vagues. Ce caisson est pressurisé et muni d'un sas d'accès. A l'extérieur du caisson chacune des chaînes (5) entraîne en rotation deux pignons (12) (13) qui transmettent l'énergie motrice aux équipements situés à l'intérieur du caisson. Lors de la montée du flotteur le premier pignon (12) est moteur et le second (13) non moteur se trouve en mode roue libre. Lors de la descente du flotteur, la situation est inversée: le premier pignon (12) se trouve en roue libre et le second (13) est alors moteur. A l'intérieur de ce caisson (4) de production d'énergie, de façon classique, les arbres moteurs mis en rotation par les pignons(12) (13) entraînent par l'intermédiaire d'embrayages des équipements hydrauliques haute pression; ces équipements hydrauliques alimentent par l'intermédiaire de réservoirs haute pression des moteurs hydrauliques actionnant des alternateurs. Les équipements du caisson sont munis de capteurs et de moyens de commandes, 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 commandes et contrôles du caisson (4) sont alimentés en énergie électrique par des batteries situées dans le caisson et en secours depuis la terre par des câbles immergés (14). L'énergie électrique produite est conduite à terre à la centrale de contrôle par des câbles immergés (16). Les informations de surveillance et les commandes des équipements du caisson (4) de production d'énergie et du flotteur (1) transitent par câbles immergés (17) jusqu'à la centrale de contrôle. Les chaines (5) reliant le flotteur (1) au caisson (4) de production d'énergie transmettent aux pignons (12) (13) du caisson l'énergie résultant des mouvements du flotteur. En présence de houle formée, les chaines ne sont jamais verticales en raison de la composante de dérive du flotteur. Chaque chaîne comporte deux parties: la première partie liée au flotteur (1) ne descend 10 15 20 -5- pas jusqu'au premier pignon (12), elle est réalisée par une chaîne type marine ou en variante par un câble; la seconde partie qui actionne les pignons (12) et (13) est constituée par une chaine mécanique à rouleaux, elle est lestée à son extrémité inférieure par une masse (18) qui assure une tension continue de la chaine, en particulier lors du mouvement de descente du flotteur, tout en permettant de contrer la poussée de dérive du flotteur. 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 sortirait pas en remplaçant les ensembles et équipements décrits par d'autre 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 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 important, 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 en grand nombre le long des côtes qui disposent de potentiels énergétiques et de fonds marins favorables. 10 15 20 25 REVENDICATIONS1 - Dispositif permettant de convertir l'énergie de la houle et des vagues sous forme d'énergie mécanique, d'énergie hydraulique et d'énergie électrique caractérisé en ce qu'il comporte quatre ensembles interdépendants : - un flotteur (1) semi-immergé dont la partie avant (6) dirigée vers la houle est en forme d'étrave; équipé de ballasts (7) de niveaux ajustables, ce flotteur est muni de deux points d'attache (8) pour des chaines (5) de liaison entre le flotteur et un caisson (4) de production d'énergie. Un câble électrique (15) relie le flotteur au caisson (4). - une structure constituée de montants (2) fixés en partie basse sur des massifs d'ancrage (11) et portant à sa partie supérieure une plateforme (3) sur laquelle est fixé un caisson (4) de production d'énergie. - un caisson (4) de production d'énergie, étanche, pressurisé, fixé de façon orientable sur la plateforme (3) de la structure. A l'extérieur du caisson, de chaque côté, deux pignons (12)(13) mis en rotation par les chaines (5) permettent d'entraîner les équipements mécaniques et hydrauliques situés à l'intérieur du caisson, ces équipements hydrauliques actionnant des alternateurs. Des câble électriques immergés (14)(16)(17) relient le caisson (4) à une centrale de contrôle à terre. - deux chaines (5) lestées par des masses (18) reliant le flotteur (1) aux pignons (12) (13) du caisson (4) de production d'énergie. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que des vannes motorisées et des pompes électriques permettent d'ajuster les hauteurs d'eau dans les ballasts (7) du flotteur (1). 3 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les équipements du caisson (4) de production d'énergie sont munis de capteurs et de moyens de commande, d'autres moyens de mesure permettant de déterminer l'amplitude- I - de la houle et l'orientation du flotteur; l'ensemble des informations des capteurs, des commandes d'équipements et des données concernant la houle et le flotteur étant envoyé d'une part à un automate situé dans le caisson et d'autre part à une centrale de contrôle à terre.