Brevet FR2980221A1 — publié le 20130322

Système et procédé de fixation d'une hydrolienne, et ensemble de récupération d'énergie hydraulique mettant en oeuvre un tel système de fixation La présente invention se rapporte à la manutention d'hydrolienne lors des phases de mise en place et de relevage de l'hydrolienne. Plus particulièrement la présente invention concerne un système de fixation d'une hydrolienne au fond d'un milieu marin ou fluvial, pour la mise en place et le relevage d'une hydrolienne. Les hydroliennes sont des machines sous-marines destinées à exploiter l'énergie des courants d'eau, comme par exemple les courants de marée ou les courants fluviaux. Les hydroliennes sont immergées dans des zones de fort courant. Il est dangereux pour des raisons de sécurité de faire intervenir des plongeurs. Le principal problème réside dans l'installation et la maintenance des hydroliennes. Classiquement, il est connu d'avoir une structure de guidage sur l'hydrolienne et une structure de support sur l'embase de l'hydrolienne. Par exemple, le document GB2448710 décrit un dispositif qui permet la fixation de l'hydrolienne à la structure de support. L'inconvénient est que le dispositif ne permet pas de s'affranchir des mouvements de l'eau rendant difficile l'installation ou la maintenance de l'hydrolienne. L'invention propose un système de fixation du type décrit précédemment caractérisé en ce qu'il comprend : au moins une structure de guidage destinée à être fixée à l'hydrolienne , la structure de guidage comprenant au moins un premier tube de guidage disposé dans un plan parallèle au plan passant par les pales du rotor, un premier tube de centrage et un deuxième tube de centrage s'étendant dans un même plan, le premier tube de centrage étant incliné selon un angle de centrage par rapport à l'axe longitudinal de l'hydrolienne, le deuxième tube de centrage étant incliné selon l'inverse de l'angle de centrage par à l'axe longitudinal de l'hydrolienne, le premier tube de guidage, le premier tube de centrage et deuxième tube de centrage forme un triangle, une embase comportant une structure de support sur laquelle vient se fixer l'hydrolienne, et deux tubes de support disposés de chaque côté de la structure de support et s'étendant dans le plan vertical, la structure de guidage assure le centrage de l'hydrolienne entre les deux tubes et est adaptée à coopérer par glissement avec l'embase de sorte à guider le positionnement de l'hydrolienne sur l'embase. Selon d'autres caractéristiques : - la structure de guidage comporte en outre un deuxième tube de guidage s'étendant parallèlement au premier tube de guidage dans un plan vertical contenant le premier tube de guidage, la structure de support comporte en outre deux autres tubes de support parallèles aux deux tubes de support dans un plan vertical, la distance entre les deux tubes de support et les deux autres tubes de support correspond sensiblement à l'écart entre le premier tube de guidage et le bras du crochet de grue dans le plan horizontal, - l'embase et la structure de guidage comprennent chacune un tube incliné selon un même angle d'insertion par rapport à l'axe horizontal dans le plan longitudinal de sorte que lorsque l'hydrolienne est positionnée sur l'embase, le tube incliné de l'embase coopère avec le tube incliné de la structure de guidage de sorte à minimiser les interactions hydrodynamiques du système avec le courant d'eau, - au moins une partie de la structure de guidage est emboitée sur au moins une partie de la structure support de sorte qu'ils coopèrent en laissant un degré de liberté suivant la direction dudit emboitement en interdisant les mouvements et le basculement de l'hydrolienne lorsque l'hydrolienne est posée sur l'embase, le système de fixation comporte en outre un crochet de grue fixé sur l'hydrolienne et adapté à entraîner l'hydrolienne en déplacement, le crochet de grue comprend au moins un bras et un propulseur disposé à l'extrémité dudit bras, le propulseur est adapté à orienter le crochet de grue tout en s'affranchissant du courant d'eau, le crochet de grue comprend un moyen de contrôle visuel, de préférence par caméra optique, acoustique ou autre, de sorte à guider l'opérateur permettant de positionner l'hydrolienne, - le crochet de grue comprend un moyen de préhension de sorte à connecter ou déconnecter des connecteurs électriques de l'hydrolienne ou de l'embase, le crochet de grue comprend un moyen de contrôle de la commande du crochet de grue disposé sur le navire, le système comprend également une grue fixée sur le navire, la grue comprenant un enrouleur positionné sur le navire de sorte à empêcher la formation de boucles libres de la liaison entre la grue et le navire. L'invention porte aussi sur procédé de mise en place d'une hydrolienne sur le fond d'un milieu marin ou fluvial par la mise en oeuvre du système de fixation comprenant les étapes successives suivantes : approche, dans le sens du courant vers l'embase de l'hydrolienne et de la structure de guidage, jusqu'à la mise en contact d'au moins un tube de guidage avec les deux tubes de support de l'embase, puis descente de l'hydrolienne et de la structure de guidage par glissement du tube de guidage sur les deux tubes de support 8 jusqu'à la mise en position de l'hydrolienne sur l'embase. L'invention porte également sur un ensemble de récupération d'énergie hydraulique comportant un système de fixation et une hydrolienne. La mise en place d'une hydrolienne est assistée par la structure de guidage et la structure de support de sorte à augmenter l'efficacité de la mise en place d'un tel système. En effet, l'utilisation de la structure de guidage et la structure de support permettent ainsi de s'affranchir des courants d'eau par glissement de la structure de guidage sur la structure de support. De plus, le propulseur du crochet de grue oriente l'hydrolienne lors de la phase de manutention en s'affranchissant du courant d'eau. La structure de guidage et la structure de support coopèrent de sorte à minimiser la traînée hydrodynamique du système. De cette façon, on évite la perte d'énergie des courants d'eau et la création de tourbillons qui pourraient être préjudiciables au bon fonctionnement de l'hydrolienne. Un autre avantage du système est l'enrouleur de la grue. En effet, il empêche que des boucles libres viennent se prendre dans les hélices du navire. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui suit, réalisée sur la base des dessins annexés. Ces exemples sont donnés à titre non limitatif. La description est à lire en relation avec les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 représente une vue de face de l'hydrolienne, - la figure 2 représente une vue de côté de l'hydrolienne, - la figure 3 représente une vue de dessus de l'hydrolienne, la figure 4 représente une vue de côté de l'embase, la figure 5 représente une vue de face de l'embase, la figure 6 représente une vue de côté du crochet de grue, la figure 7 représente une vue de face du crochet de grue, la figure 8 représente une vue de dessus du crochet de grue, la figure 9 représente une vue de côté de l'embase et de l'approche de l'hydrolienne avec le crochet de grue, la figure 10 représente une vue de face de l'hydrolienne et de l'embase, la figure 11 représente une vue de côté de l'hydrolienne et de l'embase. Dans la suite de la description on utilisera les expressions : « plan horizontal » définit selon le sens habituel dans le référentiel terrestre, « plan vertical » définit selon la perpendiculaire au plan horizontal et la perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'hydrolienne 1, et « plan longitudinal » définit selon la perpendiculaire au plan horizontal et passant par l'axe longitudinal de l'hydrolienne 1. La figure 1 à 3 représente une hydrolienne 1 et une structure de guidage 2. Classiquement, l'hydrolienne 1 est constituée d'un rotor qui transforme l'énergie cinétique de l'eau en mouvement rotatif dont l'axe horizontal est aligné avec la direction du courant local. L'hydrolienne 1 comprend également une nacelle qui, avec l'équipement électrique, transforme l'énergie mécanique du rotor en énergie électrique et des connecteurs électriques. La structure de guidage 2 est disposée sous la nacelle et solidaire de celle-ci. Au-dessus de la nacelle se trouve un connecteur mécanique qui coopère avec un crochet de grue 11 que l'on détaillera ci-après. Dans un mode de réalisation, la structure de guidage 2 comprend un premier tube de guidage 3 et un deuxième tube de guidage 3'. Le premier tube de guidage 3 et le deuxième tube de guidage 3' étant disposés dans un plan parallèle au plan passant par les pales du rotor. Le premier tube de centrage 4 et le deuxième tube de centrage 5 sont dans un même plan sensiblement horizontal et forme un triangle avec le premier tube de guidage 3. Les deux tubes de centrage 4 et 5 sont inclinés de chaque côté de l'axe longitudinal L de l'hydrolienne 1 selon un angle a compris entre 10 et 80°, de préférence entre 30 et 60°. Au niveau du plan contenant les tubes 3 et 3', l'écartement entre les tubes 4 et 5 est sensiblement égal ou légèrement inférieur à l'écartement entre les tubes 8, si bien que lorsque le tube 3 vient au contact des tubes 8, l'hydrolienne est centrée entre ces derniers. La structure de guidage 2 comprend également un tube incliné 10 disposé entre le plan horizontal de l'hydrolienne 1 et le plan horizontal des deux tubes de guidage 4 et 5. Le tube incliné 10 est incliné selon un angle d'insertion 3 dans le plan longitudinal de 10 l'hydrolienne 1 par rapport à l'axe longitudinal L de l'hydrolienne 1. L'angle d'insertion p est compris entre 10 et 80°, de préférence entre 70 et 50°. Les figures 4 et 5 représentent une embase 6 comprenant une structure de support 7 destinée à recevoir l'hydrolienne 1 de manière à la positionner selon une altitude souhaitée. La structure de support 7 comprend deux tubes de support 8 disposés de 15 chaque coté de la structure de support 7 s'étendant dans le plan vertical. L'embase 6 comprend des moyens de fixation sur le fond qui sont typiquement des ballasts assurant le maintien par gravité et des connecteurs non représentés de câble électrique qui coopèrent avec les connecteurs de l'hydrolienne 1. Dans un mode de réalisation préféré, il y a deux autres tubes support 8' parallèles aux deux tubes supports 8 dans un plan 20 vertical. Dessiner les 8' sur les figures. L'embase 6 comprend également un tube incliné 9 disposé entre deux plans horizontaux passant respectivement par l'extrémité haute et basse de l'embase 6. Le tube incliné 9 est incliné selon le même angle d'insertion f3 de la structure de guidage 2. En fonctionnement du système, le tube incliné 9 de la structure de guidage 2 et le tube incliné 25 10 de l'embase 6 s'alignent de manière à minimiser les interactions hydrodynamiques du système avec le courant d'eau et à empêcher le basculement. Les figures 6 à 8 représentent un crochet de grue 11 adapté à entraîner l'hydrolienne 1 en déplacement. Le crochet de grue 11 comprend des connecteurs mécaniques venant se fixer sur l'hydrolienne 1, deux bras 12 avec chacun un propulseur 13 en leur extrémité. 30 Les propulseurs 13 peuvent être entourés d'une membrure afin de ne pas endommager le système. De plus, le crochet de grue 11 possède également des bras inclinés 12a et 12b disposés de la manière que les deux tubes de centrage 4 et 5. De cette façon, les bras inclinés 12a et 12b forment un triangle qui facilite l'introduction du crochet de grue 11 entre les autres tubes support 8'. De cette façon, les bras inclinés 12a et 12b empêche le crochet de grue de venir cogner le rotor. Selon un autre mode de réalisation non représenté, le crochet de grue 11 comprend un moyen de contrôle visuel. L'intérêt est de donner une visibilité à l'opérateur du crochet de grue 11 de sorte à positionner correctement l'hydrolienne 1 entraînée par le crochet de grue 11 sur l'embase 6. Le crochet de grue 11 comprend également un moyen de préhension qui autorise la connexion et la déconnexion des connecteurs électriques du système. La liaison entre le navire et le crochet de grue 11 est réalisé par un ombilical qui comprend par exemple les liaisons avec le moyen de contrôle visuel, le contrôle de la profondeur, le contrôle du cap, les commandes des propulseurs 13 et des connecteurs. Sur le navire l'ombilical est relié à un enrouleur permettant de ne pas créer des boucles libres qui viendraient se prendre dans les hélices du navire. Les figures 9 à 11 représentent une approche de l'hydrolienne 1 guidée par le crochet de grue 11 vers l'embase 6 et la position de 'hydrolienne 1 sur l'embase 6. Le navire se positionne sur l'avant de l'embase 6 et descend l'hydrolienne 1 et le crochet de grue 11 selon l'axe de l'embase 6. La descente est arrêtée lorsque : la profondeur d'immersion de l'hydrolienne 1 est telle que le tube 3 se situe entre l'extrémité haute de l'embase 6 et l'extrémité haute de la structure de support 7, et les bras 12 du crochet de grue 11 sont supérieurs à l'extrémité haute de la structure de support 7. Les courants d'eau peuvent changer la trajectoire de la descente, toutefois le navire peut être équipé d'un positionnement dynamique pour assurer sa position au-dessus de l'embase 6 ou le contrôle de la descente peut également est contrôlé par un instrument embarqué dans le crochet de grue 11. En connaissant la profondeur d'eau et les marées, la distance entre le navire et l'extrémité haute de l'embase 6 pendant le temps de l'opération est connue. De cette façon, la descente de l'hydrolienne 1 par le crochet de grue 11 gagne en précision. La bonne orientation du crochet de grue 11 dans le courant est contrôlée par l'intermédiaire d'un compas embarqué dans le crochet de grue 11. De cette façon, les propulseurs 13 agissent sur l'orientation du crochet de grue 11 afin d'assurer la bonne orientation de l'hydrolienne 1. Une caméra optique, acoustique ou autre positionnée sur le crochet de grue 11 assure à l'opérateur le bon déroulement de l'opération. Ainsi, l'opérateur surveille le bon alignement par rapport aux deux tubes de support 8. Après avoir obtenu la bonne hauteur de l'hydrolienne 1, soit le crochet de grue 11 recule par l'intermédiaire des propulseurs 13, soit le crochet de grue 11 tourne, soit le navire recule entraînant le recul de l'hydrolienne 1. De cette manière, le premier tube de centrage 4 et le deuxième tube de centrage 5 arrivent en contact sur l'un des deux tubes support 8 de la structure de support 7. Le premier tube de centrage 4 et le deuxième tube de centrage 5 permettent de centrer l'hydrolienne 1 au centre de la structure de support 7. Dans cette configuration, les propulseurs 13 peuvent également assurer une poussée afin de garantir cette mise en contact et de s'affranchir des courants d'eau. Le premier tube de guidage 3 et le deuxième tube de guidage 3' guident l'hydrolienne 1 dans le plan vertical. En effet, le premier tube de guidage 3 et le deuxième tube de guidage 3' viennent en butées avec les deux tubes support 8 de la structure de support 7. De préférence, lorsque le premier tube de guidage 3 et le deuxième tube de guidage 3' sont en contact avec les deux tubes support 8, les deux bras 12 du crochet de grue 11 viennent en butées avec les deux autres tubes support 8' parallèle aux deux tubes supports 8. L'écart entre les deux autres tubes support 8' par rapport aux deux tubes supports 8 correspond à l'écart entre le premier tube de guidage 3 et le bras 12 du crochet de grue 11 dans le même plan horizontal. De cette façon, la descente est assurée à la verticale. Un jeu de quelques centimètres permet d'éviter le coincement lors de la descente. Le système est toujours guidé horizontalement lors de la descente par le premier tube de centrage 4 et le deuxième tube de centrage 5. L'hydrolienne 1 arrive en butée sur l'embase 6 de sorte à être positionnée selon la configuration souhaitée. La liaison avec le navire se détend. Le crochet de grue 11 peut alors est retiré de l'hydrolienne 1 et les connexions électriques du système sont alors effectuées. Le crochet grue est alors remonté au navire. Pour la séquence de relevage de l'hydrolienne 1, les séquences sont symétriques de celle décrite pour l'installation de l'hydrolienne 1. En effet, le crochet de grue 11 descend selon l'axe de l'embase 6 à proximité de l'arrière de l'hydrolienne 1. Les deux bras 12 sont situés à une profondeur comprise entre l'extrémité haute de la structure de support 7 et l'extrémité haute de l'embase 6. Les deux bras 12 du crochet de grue 11 viennent en contact avec les deux autres tubes de support 8' et descend jusqu'à la mise en position pour que le crochet de grue 11 soit fixé solidairement à l'hydrolienne 1. Les connexions électriques et de contrôle commande sont découplées. L'ensemble hydrolienne 1 et crochet de grue 11 remontent selon la verticale par glissement des deux tubes support 8 et des deux autres tubes support 8' de la structure de support 7. Lors de la descente ou de la remontée, un frein permet de bloquer les pales du rotor de l'hydrolienne 1 et assure que la rotation du rotor ne gène pas la manoeuvre. Le poids de l'hydrolienne 1 est suffisant pour être maintenu solidairement à l'embase 6 de sorte qu'aucune force verticale ou horizontale hydrodynamique ne puisse décoller l'hydrolienne 1 de l'embase 6. Le basculement de l'hydrolienne 1 ne peut se faire car l'hydrolienne 1 est bloquée sur l'embase 6. De plus, le système assure le maintien de cette configuration par le contact permanent entre le tube incliné 10 de la structure de guidage 2 et le tube incliné 9 de la structure de support 7. Nomenclature 1 hydrolienne 2 structure de guidage 3 premier tube de guidage 4 premier tube de centrage 5 deuxième tube de centrage 6 embase 7 structure de support 8 deux tubes de support 9 tube incliné de l'embase 10 tube incliné de la structure de guidage 11 crochet de grue 12 bras 13 propulseur ct angle de centrage B angle d'insertion L axe longitudinal H axe horizontal REVENDICATIONS1. Système de fixation d'une hydrolienne au fond d'un milieu marin ou fluvial, pour la mise en place et le relevage d'une hydrolienne (1), ledit système est caractérisé en ce qu'il comprend : au moins une structure de guidage (2) destinée à être fixée à l'hydrolienne (1), la structure de guidage (2) comprenant au moins un premier tube de guidage (3) disposé dans un plan parallèle au plan passant par les pales du rotor, un premier tube de centrage (4) et un deuxième tube de centrage (5) s'étendant dans un même plan, le premier tube de centrage (4) étant incliné selon un angle de centrage (a) par rapport à l'axe longitudinal (L) de l'hydrolienne, le deuxième tube de centrage (5) étant incliné selon l'inverse de l'angle de centrage (a) par à l'axe longitudinal (L) de l'hydrolienne, le premier tube de guidage (3), le premier tube de centrage (4) et deuxième tube de centrage (5) forme un triangle, une embase (6) comportant une structure de support (7) sur laquelle vient se fixer l'hydrolienne (1), et deux tubes de support (8) disposés de chaque côté de la structure de support (7) et s'étendant dans le plan vertical, la structure de guidage (2) assure le centrage de l'hydrolienne (1) entre les deux tubes (8) et est adaptée à coopérer par glissement avec l'embase (6) de sorte à guider le positionnement de l'hydrolienne (1) sur l'embase (6). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure de guidage comporte en outre un deuxième tube de guidage (3') s'étendant parallèlement au premier tube de guidage (3) dans un plan vertical contenant le premier tube de guidage (3). 3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure de support comporte en outre deux autres tubes de support (8') parallèles aux deux tubes de support (8) dans un plan vertical, la distance entre les deux tubes de support (8) et les deux autres tubes de support (8') correspond sensiblement à l'écart entre le premier tube de guidage (3) et le bras du crochet de grue (12) dans le plan horizontal. 4. Système de fixation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'embase (6) et la structure de guidage (2) comprennent chacune un tube incliné (9, 10) selon un même angle d'insertion (p.) par rapport à l'axe horizontal (L, H) dans leplan longitudinal de sorte que lorsque l'hydrolienne (1) est positionnée sur l'embase (6), le tube incliné de l'embase (9) coopère avec le tube incliné de la structure de guidage (10) de sorte à minimiser les interactions hydrodynamiques du système avec le courant d'eau. 5. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une partie de la structure de guidage (2) est emboitée sur au moins une partie de la structure support (7) de sorte qu'ils coopèrent en laissant un degré de liberté suivant la direction dudit emboitement en interdisant les mouvements et le basculement de l'hydrolienne (1) lorsque l'hydrolienne (1) est posée sur l'embase (6). 6. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un crochet de grue (11) fixé sur l'hydrolienne (1) et adapté à entraîner l'hydrolienne (1) en déplacement. 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que le crochet de grue (11) comprend au moins un bras (12) et un propulseur (13) disposé à l'extrémité dudit bras (12), le propulseur (13) est adapté à orienter le crochet de grue (11) tout en s'affranchissant du courant d'eau. 8. Système selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le crochet de grue (11) comprend un moyen de contrôle visuel, de préférence par caméra optique, acoustique ou autre, de sorte à guider l'opérateur permettant de positionner l'hydrolienne (1). 25 9. Système selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le crochet de grue (11) comprend un moyen de préhension de sorte à connecter ou déconnecter des connecteurs électriques de l'hydrolienne ou de l'embase. 30 10. Système selon l'une des revendications 6 à 9 et navire, caractérisé en ce que le crochet de grue (11) comprend un moyen de contrôle de la commande du crochet de grue (11) disposé sur le navire. 11. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que le système comprend 35 également une grue fixée sur le navire, la grue comprenant un enrouleur positionné sur le navire de sorte à empêcher la formation de boucles libres de la liaison entre la grue et le navire. 20 12. Procédé de mise en place d'une hydrolienne sur le fond d'un milieu marin ou fluvial par la mise en oeuvre du système de fixation selon l'une des revendications 1 à 11 comprenant les étapes successives suivantes : approche, dans le sens du courant vers l'embase (6) de l'hydrolienne (1) et de la structure de guidage (2), jusqu'à la mise en contact d'au moins un tube de guidage (3,3') avec les deux tubes de support (8) de l'embase (6), puis descente de l'hydrolienne (1) et de la structure de guidage (2) par glissement du tube de guidage (3,3') sur les deux tubes de support 8 jusqu'à la mise en position de l'hydrolienne (1) sur l'embase (6). 13. Ensemble de récupération d'énergie hydraulique comportant un système de fixation selon les revendications 1 à 11 et une hydrolienne (1).