Brevet FR2997736A1 — publié le 20140509

Eolienne à axe vertical, comprenant au moins une paire de pales pivotantes dont les pivotements sont associés l'un à l'autre. Le domaine de l'invention est celui de la conception et de la fabrication des éoliennes. Plus précisément, l'invention concerne une 5 éolienne à axe vertical, du type comprenant au moins une paire de pales pivotantes. Dans le domaine de l'invention, on distingue deux grandes familles d'éoliennes, à savoir : - les éoliennes à axe horizontal ; 10 - les éoliennes à axe vertical. Parmi les éoliennes à axe vertical, on connait différents types de conceptions, notamment : - les éoliennes de type « Darrieus », utilisant le principe de l'effet de portance s'exerçant sur un profil soumis à l'action d'un vent 15 relatif ; - les éoliennes de type « Savonius » dont le principe général repose sur la mise en oeuvre de deux (ou plus) godets semicylindriques, légèrement désaxés ; - les éoliennes à pales (ou voilure) tournantes, autrement 20 désignées par le terme de panémones. Les panémones mettent en oeuvre le principe général suivant : les pales sont montées sur un support monté rotatif autour d'un axe vertical, les pales étant montées sur le support de façon à pouvoir pivoter autour d'un axe vertical, de telle sorte qu'elles offrent une portance maximale 25 lorsqu'elles se déplacent dans la direction du vent, tandis qu'elles s'effacent lorsqu'elles reviennent contre le vent. Les panémones existent depuis fort longtemps mais ne connaissent pas de développement industriel de par leur faible de rendement. 30 Récemment, des perfectionnements ont été apportés aux panémones de façon à améliorer leurs performances. En ce sens, il a été proposé de combiner l'action d'une girouette à celle d'un panémone, ceci de façon à caler les pales en temps réel par rapport à la direction du vent. Toutefois, les panémones de ce type présentent plusieurs inconvénients, parmi lesquels : - la girouette utilisée est encombrante et inesthétique, et subit des vortex engendrés par la rotation des pales ; - la girouette engendre un fonctionnement ayant une réactivité médiocre dans les vents tournants et/ou d'intensité variable, ce qui ne permet pas l'utilisation de tels panémones dans les milieux urbains ; - la girouette est fixe tandis que les pales se règlent sur le vent réel que la girouette indique ; or, les pales étant en mouvement, les vents « apparents » pour les pales sont différents du vent réel ; - chaque pale tourne autour de son axe, ce qui implique des contraintes de montage et de maintien de cet axe, dont il résulte des possibles défauts de tenue mécanique dans le temps et d'esthétisme ; - les bords des pales sont alternativement d'attaque et de fuite, ce qui rend impossible le recours à des profilés de type aile d'avion ce qui, par conséquent, nuit à l'efficacité et à l'esthétisme de l'ensemble. L'invention a notamment pour objectif de pallier les inconvénients de l'art antérieur. Plus précisément, l'invention a pour objectif de proposer une éolienne de type panémones qui permettent d'améliorer le rendement par rapport aux éoliennes du même type de l'art antérieur. L'invention a également pour objectif de fournir une telle éolienne à axe vertical qui permet d'intégrer des techniques de l'aéronautique pour 30 la conception des pales. L'invention a aussi pour objectif de fournir une telle éolienne à axe vertical qui puisse être peu encombrante à rendement équivalent comparée à une éolienne du même type de l'art antérieur. Un autre objectif de l'invention et de fournir une telle éolienne qui 5 puisse être proposée de façon plus esthétique que les éoliennes du même type de l'art antérieur. Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaitront par la suite, sont atteints grâce à l'invention qui a pour objet une éolienne à axe vertical, du type comprenant au moins une paire de pales diamétralement opposées 10 par rapport à un axe rotor, lesdites pales étant chacune montée pivotante sur un support autour d'un axe vertical, caractérisée en ce que lesdites pales d'une paire sont reliées l'une à l'autre par un moyen de liaison s'étendant de telle sorte que le pivotement d'une pale engendre un pivotement de l'autre pale. 15 De cette façon, selon le principe de l'invention, les pales sont reliées l'une à l'autre par un moyen de liaison qui organise le pivotement des pales deux à deux, de telle sorte que lorsqu'une première pale d'une même paire s'écarte au vent, l'autre pale de la paire « borde » sous l'action de la première, et inversement. En d'autres termes, si une pale se 20 met face au vent, elle donne du mou à l'autre pale de la même paire, qui peut alors s'écarter au vent. On comprend que le moyen de liaison est prévu de façon à obtenir un équilibre de fait : les empannages et les virements de bord des deux pales d'une même paire s'effectuent naturellement, au fur et à mesure de 25 la rotation de l'ensemble autour de l'axe rotor. En quelque sorte, les pales réagissent à la façon des voiles d'un voilier. Il en résulte un rendement notablement amélioré par rapport aux panémones connus, ceci bien entendu pour une surface équivalente des pales ou des voilures et pour une même vitesse de vent. En effet, les 30 pales s'orientent deux à deux de façon optimale par rapport à la direction du vent, avec le meilleur rapport entre la prise au vent de l'une et l'effacement de l'autre. En outre, une éolienne selon l'invention ne nécessite aucunement la mise en oeuvre de girouette, ce qui permet d'obtenir une réduction de l'encombrement global. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, 5 chaque pale présentant un bord d'attaque et un bord de fuite, lesdites pales sont montées pivotantes autour d'un axe vertical s'étendant au voisinage du bord d'attaque. Ainsi, contrairement aux solutions de l'art antérieur dans lesquels l'axe de pivotement s'étend en position médiane de la pale, l'axe de 10 pivotement de chaque pale est ici décalé vers l'un des bords (en l'occurrence le bord d'attaque) de la pale, ce qui autorise une conception des pales avec un profil de type aéronautique, c'est-à-dire intégrant un bord d'attaque opposé à un bord de fuite. De telles pales profilées à la façon d'une aile d'avion s'avèrent à la 15 fois plus performantes et plus esthétiques. Selon encore une autre caractéristique d'une éolienne selon l'invention, dans laquelle chaque pale présente un bord d'attaque et un bord de fuite, ledit moyen de liaison est relié à chaque pale par un point d'accrochage situé au niveau du bord de fuite ou au voisinage de celui-ci. 20 De cette façon, le moyen de liaison est accroché à la pale à un niveau où celle-ci présente un couple optimisé, en particulier lorsque l'axe de pivotement est situé sur le bord opposé, c'est-à-dire au niveau du bord d'attaque. Selon un premier mode de réalisation, le moyen de liaison est un 25 lien de longueur fixe tendue entre les deux pales. Dans ce cas, le lien est avantageusement dévié autour de deux moyens de renvoi, chacun associé à une des pales. Lesdits moyens de renvoi sont alors avantageusement constitués chacun par une poulie. 30 On assure de cette façon une excellente transmission des efforts d'une pale à l'autre, ceci tout en limitant les effets d'usure sur le lien. Selon un mode de réalisation particulier, au moins un deuxième moyen de renvoi est susceptible de dévier le lien, ledit deuxième moyen de renvoi étant mobile sous la force de l'action centrifuge. Un tel deuxième moyen de renvoi tend à augmenter la tension du 5 moyen de liaison lorsque la vitesse de rotation de l'éolienne augmente, ce qui engendre alors une plus grande réactivité du moyen de liaison et donc un asservissement optimisé d'une pale à l'autre. Selon un deuxième mode de réalisation, le moyen de liaison est constitué par un ensemble de biellettes articulées. 10 Selon une première configuration envisageable, lesdites pales sont montées pivotantes sur un bras monté rotatif autour de l'axe rotor. Selon une deuxième configuration envisageable, lesdites pales sont montées pivotantes sur un anneau ou un disque monté rotatif autour de l'axe rotor. 15 D'autres caractéristiques à l'avantage de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 représente de façon schématique une éolienne à 20 axe vertical selon l'invention, vue de côté ; - la figure 2 représente de façon schématique une éolienne à axe vertical selon l'invention, vue de dessus ; - les figures 3 à 10 illustrent, à l'aide de vues de dessus de l'éolienne selon l'invention, un cycle de fonctionnement. 25 En référence aux figures 1 et 2, une éolienne selon l'invention, est du type à axe vertical, avec un axe rotor noté « Y» (figure 1), et au moins une paire de pales 1 a, lb diamétralement opposées par rapport à l'axe rotor Y. On entend par pale tout élément susceptible de présenter une 30 surface exposée au vent et reliée au rotor de façon à entraîner celui-ci en rotation. Les pales peuvent en matériaux rigides ou bien être constituées par une voilure. Chaque pale est montée sur un support de façon pivotante autour d'un axe vertical 2. Selon le présent mode de réalisation, l'axe 2 de rotation des pales est porté par un bras 3. Une éolienne selon l'invention peut présenter une génératrice 4 5 telle que représentée sur la figure 1. Dans ce cas, le bras 3 est porté par la génératrice 4 et s'étend diamétralement par rapport à celle-ci entre les deux pales. En outre, les axes 2 d'une même paire de pales sont reliés entre eux par des haubans 5, qui contribuent à assurer la rigidité et la 10 résistance de l'ensemble. Tel que cela apparait sur la figure 2, et selon le principe de l'invention, les pales d'une paire sont reliées l'une à l'autre par un moyen de liaison 6, s'étendant de telle sorte que le pivotement d'une pale engendre un pivotement de l'autre pale, tel que cela va être expliqué plus 15 en détails par la suite. Selon le présent mode de réalisation, les pales de l'éolienne présentent chacune un bord d'attaque 100 et un bord de fuite 101. Dans cette configuration des pales, l'axe vertical 2 autour duquel les pales sont montées pivotantes s'étend au voisinage du bord d'attaque 20 100. En outre, le moyen de liaison est relié à chaque pale par l'intermédiaire d'un point d'accrochage 60 situé au niveau du bord de fuite 101, ou au voisinage de celui-ci. Le moyen de liaison est ici un lien souple de longueur fixe, tendu 25 entre les deux pales, et plus précisément entre les deux bords de fuite des pales d'une même paire. Ce lien peut être de différentes longueurs en fonction des dimensions de l'éolienne. Il peut présenter différentes épaisseurs, couleurs et matières. 30 A titre d'exemple, un tel lien peut être constitué par : - un filin métallique ; - une chaîne ; - une corde synthétique ; - Comme cela apparait sur la figure 2, le lien 6 est dévié autour de deux moyens de renvoi 61, chacun associé à une des pales. A titre indicatif, ces moyens de renvoi peuvent être constitués chacun par une poulie ou tout autre moyen susceptible de transmettre les efforts en limitant les effets d'usure. Selon un mode de réalisation particulier, des deuxièmes moyens de renvoi peuvent être prévus de façon à engendrer une deuxième déviation du lien entre les deux moyens de renvoi 61. Préférentiellement, ces deuxièmes moyens de renvoi sont mobiles sous l'action de la force centrifuge, de façon à augmenter la tension du lien entre les deux pales lorsque la vitesse de rotation de l'éolienne augmente. On note que, selon un autre mode de réalisation envisageable, le lien souple s'étendant entre les deux pales, tel que cela vient d'être décrit, peut être remplacé par un ensemble de biellettes articulées, montées pivotantes de façon à transmettre elles aussi des efforts d'une pale à l'autre. En référence à la figure 2, les pales 1 a, lb sont montées 20 pivotantes sur un bras 3 s'étendant diamétralement entre les bords d'attaque des pales, tel que déjà mentionné précédemment. Toutefois, selon un autre mode de réalisation envisageable, les pales peuvent être montées pivotantes sur un anneau ou un disque, monté rotatif autour de l'axe rotor. 25 Les figures 1 et 2 de l'éolienne selon l'invention qui vient d'être décrite font apparaître une seule paire de pales. Bien entendu, une éolienne selon l'invention peut comprendre plusieurs paires de pales sans sortir du cadre de l'invention. A ce titre, on note que dans le cas où une éolienne selon 30 l'invention présente plusieurs paires de pales, les moyens de renvoi 61 associés au moyen de liaison d'une paire de pales peuvent être montées coaxialement avec les axes de pivotement des pales d'une autre paire adjacente. Le fonctionnement d'une éolienne selon l'invention est décrit ci- après. Partant dans la position illustrée par la figure 3 qui montre une éolienne selon l'invention exposée à un vent dont la direction est indiquée par la flèche V, l'éolienne étant alors susceptible de tourner dans le sens indiqué par la flèche R. Dans la position illustrée dans la figure 3, la poussée du vent a pour effet de faire s'écarter la pale 2 (son bord de fuite tendant à se rapprocher de l'axe rotor de l'éolienne). Dans cette position, la pale lb tire sur le bord de fuite de la pale la qui se borde et empêche la pale lb de tourner davantage autour de son axe. La pale lb est ainsi grandement ouverte à l'effet du vent. Les deux pales sont, dans cette configuration, toutes deux propulsives et entrainent l'ensemble en rotation vers la position illustrée par la figure 4. Dans la position illustrée par la figure 4, la pale la vire progressivement de bord tandis que la pale lb empanne, tel qu'illustré par la flèche F1. Ces mouvements respectifs des pales s'effectue naturellement au fur et à mesure de la rotation de l'éolienne sous l'action combinée du vent et du lien reliant les bords de fuite des pales. L'ensemble est entraîné en rotation vers la position illustrée par la figure 5, dans laquelle la pale la commence à s'écarter, tandis que la pale lb se resserre. La rotation se poursuit vers la position illustrée par la figure 6, dans laquelle les deux pales s'équilibrent et propulsent l'ensemble vers la position illustrée par la figure 7. Dans cette position, on retrouve une configuration identique à la position de départ, avec inversion des positions des deux pales. Dans la position illustrée par la figure 8, la rotation de l'éolienne, avec les pivotements des pales, se poursuit de façon identique à la configuration décrite en référence à la figure 4, avec évidemment inversion de la position des pales. Les figures 9 et 10 correspondent respectivement aux configurations des figures 5 et 6, toujours avec inversion de la position des pales. Dans la position illustrée par la figure 10, les deux pales 5 s'équilibrent et propulsent l'ensemble vers un retour à la position illustrée par la figure 3. La rotation à 360° de l'éolienne est alors effectuée. Il a été observé avec une éolienne selon l'invention que : - après une phase d'accélération, lorsque la vitesse de l'éolienne se stabilise suite à une baisse d'intensité du vent, l'éolienne se 10 met d'elle-même en « position Darrieus » ; - une éolienne selon l'invention s'avère très efficace pour dans une situation dans laquelle elle subit un effet de tangage, car elle récupère l'énergie du tangage ; - une éolienne selon l'invention peut servir efficacement au 15 démarrage des éoliennes de type Darrieus. A titre indicatif, les pales d'une éolienne selon l'invention peuvent présenter une hauteur de l'ordre de 120 cm, avec un entraxe entre les axes verticaux 2 de pivotement des pales de l'ordre de 85 cm. Avec de telles dimensions et les caractéristiques esthétiques 20 envisageables, un dispositif selon l'invention est particulièrement destiné au captage de l'énergie éolienne en milieu urbain. REVENDICATIONS1. Eolienne à axe vertical, du type comprenant au moins une paire de pales (la), (1 b) diamétralement opposées par rapport à un axe rotor (Y), lesdites pales étant chacune montée pivotante sur un support autour d'un axe vertical (2), caractérisée en ce que lesdites pales (1a), (1 b) d'une paire sont reliées l'une à l'autre par un moyen de liaison (6) s'étendant de telle sorte que le pivotement d'une pale engendre un pivotement de l'autre pale. 2. Eolienne à axe vertical selon la revendication 1, dans laquelle chaque pale présente un bord d'attaque (100) et un bord de fuite (101), caractérisée en ce que lesdites pales (1a), (1 b) sont montées pivotantes autour d'un axe vertical (2) s'étendant au voisinage du bord d'attaque (100). 3. Eolienne à axe vertical selon la revendication 1, dans laquelle chaque pale présente un bord d'attaque (100) et un bord de fuite (101), caractérisée en ce que ledit moyen de liaison (6) est relié à chaque pale par un point d'accrochage (60) situé au niveau du bord de fuite (101) ou au voisinage de celui-ci. 4. Eolienne à axe vertical selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen de liaison (6) est un lien de longueur fixe tendu entre les deux pales (1a), (1 b). 5. Eolienne à axe vertical selon la revendication 4, caractérisée en ce que le lien est dévié autour de deux moyens de renvoi (61), chacun associé à une des pales (1a), (1b). 6. Eolienne à axe vertical selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdits moyens de renvoi (61) sont constitués chacun par une poulie. 7. Eolienne à axe vertical selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'au moins un deuxième moyen de renvoi (62) est susceptible de dévier le lien, ledit deuxième moyen de renvoi étant mobile sous l'action de la force centrifuge. 8. Eolienne à axe vertical selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen de liaison (6) est constitué par un ensemble de biellettes articulées. 9. Eolienne à axe vertical selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que lesdites pales (1a), (1 b) sont montées pivotantes sur un bras (3) monté rotatif autour de l'axe rotor (Y). 10.Eolienne à axe vertical selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites pales (1a), (1 b) sont montées pivotantes sur un anneau ou un disque monté rotatif autour de l'axe rotor (Y).