Brevet FR3003310A1 — publié le 20140919

Structure porteuse pour hydrolienne, comprenant des éléments de forme tubulaire dans laquelle est incorporé un matériau lestant, et procédé de fabrication correspondant. Le domaine de l'invention est celui de la conception et de la 5 fabrication des systèmes hydroliens. Plus précisément, l'invention concerne la structure porteuse d'une hydrolienne, et son procédé de fabrication. Selon le principe de l'énergie hydrolien, le courant des marées exerce une force sur les pales des turbines de façon à entraîner en 10 rotation le rotor de celles-ci. Les turbines tournent donc plus ou moins vite en fonction du courant de la marée et/ou des courants sous-marins. Cette rotation entraine un alternateur apte à produire un courant électrique variable, classiquement redressé par un convertisseur offshore, puis relayé vers un réseau par un câble principal. 15 Selon certaines configurations de parc hydrolien, les turbines sont installées à ± 50 m de profondeur et reposent chacune sur une structure porteuse. L'installation du système hydrolien implique donc d'opérer successivement à: 20 - l'installation de la structure porteuse sur le fond marin ; - la mise en place, à ± 50 m de profondeur, de la turbine sur la structure porteuse. Généralement, la structure porteuse présente un berceau ou une forme en tabouret sur lequel ou laquelle la turbine est amenée à être 25 positionnée. La descente et le positionnement de la turbine s'avèrent en pratique être des opérations relativement compliquées, voire périlleuses, en raison des contraintes liées aux paramètres suivants et, a fortiori, à la combinaison des paramètres suivants : 30 - profondeur d'installation ; - poids de la turbine, qui atteint couramment plusieurs dizaines de tonnes ; - courants marins qui atteignent des vitesses de 3 à 5 m/s aux profondeurs d'installation mentionnées précédemment. Les moyens à mettre en oeuvre pour installer les turbines sont donc complexes, lourds et coûteux. Les structures porteuses pour hydroliennes ont récemment évolué, pour prendre notamment la forme d'un tripode comprenant un châssis dont la base est de forme générale triangulaire délimitée par trois éléments périphériques, et présentant à chacun de ses sommets des moyens de liaison au sol. La structure porteuse présente en outre un élément d'accueil destiné à recevoir une partie ventrale d'une turbine, cet élément d'accueil pouvant reposer sur un bras solidaire de la base. De telles structures porteuses de type tripode sont particulièrement avantageuses lors de l'utilisation sur des fonds marins, par nature irréguliers, la conception de la structure porteuse avec ses trois liaisons au sol supprimant tout hyper statisme. En revanche, pour pouvoir supporter le poids de l'hydrolienne, le châssis de ces structures porteuses comprend une pluralité de barres reliant la base à l'élément d'accueil, les barres étant reliées entre elles de façon à former une pluralité de noeuds de liaison destinés à répartir les contraintes et à assurer, par conséquent, la tenue mécanique de la structure porteuse. Une telle réalisation du châssis conduit au résultat attendu s'agissant de la rigidité de la tenue mécanique. Toutefois, ces structures porteuses sont complexes et longues à assembler, ce qui implique bien entendu des coûts importants. Elles impliquent en outre un coût matière considérable, dû au nombre des barres. De plus ces structures tendent à créer des turbulences dans les courants ce qui est préjudiciable au rendement de l'hydrolienne. L'invention a notamment pour objectif de pallier les inconvénients de l'art antérieur. Plus précisément, l'invention a pour objectif de proposer une structure porteuse pour hydrolienne, de type tripode, qui soit plus simple et moins couteuse à fabriquer, tout en garantissant la rigidité et la tenue mécanique de la structure. L'invention a également pour objectif de fournir une telle structure porteuse qui permet de facilité les opérations d'installation de la turbine selon la structure porteuse. En ce sens, l'invention a également pour objectif de réduire les temps d'installation de la turbine sur la structure porteuse. Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaitront par la suite, sont atteints grâce à l'invention qui a pour objet une structure porteuse pour hydrolienne, du type tripode, comprenant un châssis dont la base est de forme générale triangulaire délimitée par trois éléments périphériques, présentant à chacun de ses sommets des moyens de liaison au sol, la structure porteuse présentant un élément d'accueil destiné à recevoir une partie ventrale d'une turbine, l'élément d'accueil reposant sur un bras solidaire de la base, caractérisée en ce que l'élément d'accueil est relié à la base par trois jambes, et en ce que les trois éléments périphériques et/ou ledit bras et/ou les trois jambes présentent une structure tubulaire dans laquelle est présent un matériau de lestage et/ou de rigidification. De cette façon, comme cela va apparaître plus clairement par la suite, l'invention propose une structure porteuse pour hydrolienne dont le châssis est considérablement simplifié, ce qui permet par conséquent de limiter les coûts de matières premières et les temps d'assemblage. Selon le principe de l'invention, cette simplification et cette réduction du nombre d'éléments composant le châssis ne s'opère pas au détriment de la tenue et de la rigidité mécanique de la structure. En effet, l'incorporation du matériau de lestage et/ou de rigidification dans la structure tubulaire des éléments composants le châssis compense la réduction du nombre d'éléments. Une caractéristique de l'invention réside donc dans la combinaison des points suivants : réduction du nombre d'éléments composant le châssis de la structure porteuse ; utilisation d'une structure tubulaire pour au moins certains des éléments composant le châssis ; incorporation dans tout ou partie des éléments du châssis présentant une structure tubulaire d'un matériau de lestage et/ou de rigidification. On note par ailleurs que la structure porteuse, en étant considérablement simplifiée, contribue à l'amélioration de la fluidité des 10 courants et donc au rendement de l'hydrolienne. Selon une solution avantageuse, ledit matériau de lestage et/ou de rigidification est constitué par du béton. Selon une solution avantageuse, ledit bras relie deux des trois éléments périphérique par le milieu. 15 Selon une autre caractéristique avantageuse, les jambes s'étendent chacune à partir d'un des moyens de liaison au sol. Selon un mode de réalisation préférentiel, les jambes forment avec la base une pyramide à trois faces. Une telle configuration de la structure porteuse assure une bonne 20 distribution des contraintes s'exerçant sur elle, en particulier du fait du poids de la turbine à supporter. Dans ce cas, l'élément d'accueil est porté par les jambes au niveau de l'apex de la pyramide. Selon un mode de réalisation avantageux, l'élément d'accueil 25 prend la forme d'un fourreau. En outre, la structure porteuse présente préférentiellement l'une et/ou l'autre des caractéristiques suivantes : l'élément d'accueil comprend des moyens de positionnement de la partie ventrale de la turbine ; 30 l'élément d'accueil comprend des moyens de raccordement électrique avec la partie ventrale de la turbine. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une structure porteuse pour hydrolienne, du type tripode, comprenant un châssis dont la base est de forme générale triangulaire délimitée par trois éléments périphériques, présentant à chacun de ses sommets des 5 moyens de liaison au sol, la structure porteuse présentant un élément d'accueil destiné à recevoir une partie ventrale d'une turbine, l'élément d'accueil reposant sur un bras solidaire de la base, l'élément d'accueil étant relié à la base par trois jambes, les trois éléments périphériques et/ou ledit bras et/ou les trois jambes présentant une structure tubulaire, 10 le procédé comprenant les étapes de : assemblage des trois éléments périphériques avec les moyens de liaison au sol pour former la base ; assemblage du bras sur la base ; assemblage de l'élément d'accueil et des jambes avec la 15 base et le bras ; - incorporation d'un matériau de lestage et/ou de rigidification dans la structure tubulaire des éléments périphériques et/ou du bras et/ou des jambes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront 20 plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donnée à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un système hydrolien mettant en oeuvre une structure porteuse selon 25 l'invention ; - la figure 2 est une vue de dessus d'une structure porteuse selon l'invention ; - les figures 3 et 4 sont des représentations schématiques d'un système hydrolien mettant en oeuvre une structure 30 selon l'invention, illustrant deux étapes successives du guidage de la turbine par rapport à la structure porteuse. En référence aux figures 1 et 2, un système hydrolien mettant en oeuvre une structure porteuse selon l'invention comprend : - d'une part une turbine 1 comprenant un corps 11 portant un rotor 10; - d'autre part, une structure porteuse 2 incluant des moyens de liaison au sol, et étant destiné à supporter la turbine 1 en immersion. Tel que cela apparaît clairement sur les figures 1 et 2, la structure porteuse 2 est du type tripode et comprend un châssis 20 dont la base 10 200 est de forme générale triangulaire. La base 200 présente à chacun des sommets du triangle qu'elle forme des moyens de liaison au sol 21. Ces moyens de liaison au sol peuvent être métalliques, avec ou sans moyen d'ancrage sur le fond marin. La base 200 est essentiellement obtenue par la mise en oeuvre de 15 trois éléments périphériques 22 qui délimitent la forme générale triangulaire de la base. En outre, la structure porteuse présente un élément d'accueil 23 destiné à recevoir une partie ventrale de la turbine 1 comme cela va être expliqué plus en détails par la suite. 20 La structure porteuse présente de plus un bras 24 sur lequel repose l'élément d'accueil 23. Selon le principe de l'invention, l'élément d'accueil 23 est relié à la base 200 par trois jambes 25. En outre, les trois éléments périphériques 22 et/ou le bras 24 et/ou les trois jambes 25 présentent une structure 25 tubulaire dans lequel est présent un matériau de lestage et/ou de rigidification. Selon le présent mode de réalisation, les trois jambes, le bras et les trois éléments périphériques présentent tous une structure tubulaire remplie d'un matériau de lestage et/ou de rigidification, constituée 30 préférentiellement par du béton haute densité. Tel que cela apparaît sur les figures 1 et 2, la structure porteuse est conçue de la façon suivante : le bras 24 relie deux des trois éléments périphériques 22 par leur milieu ; les jambes 25 s'étendent chacune à partir d'un des moyens de liaison au sol 21; les jambes 25 forment avec la base 200, donc avec les éléments périphériques 22, une pyramide à trois faces, l'élément d'accueil 23 étant porté par les jambes 25 au niveau de l'apex de la pyramide ; l'élément d'accueil 23 prend la forme d'un fourreau. Par ailleurs, l'élément d'accueil 23 comprend des moyens de positionnement 230 de la partie ventrale de la turbine. Selon le présent mode de réalisation, ces moyens de positionnement prennent la forme d'une concavité tronconique présente à l'extrémité supérieure du fourreau constitué par l'élément d'accueil, la partie ventrale de la turbine présentant un élément mâle 12 d'emboitement, de forme complémentaire des moyens de positionnement 230 de l'élément d'accueil, en vue de coopérer avec celui-ci. Le guidage de la phase d'emboitement de la turbine avec l'élément d'accueil de la structure porteuse se passe de la façon suivante. En référence à la figure 3, la turbine présente un organe connecteur 120 qui s'étend dans le prolongement de l'organe d'emboîtement 12 de la turbine. Cet organe connecteur 120 est introduit dans le fourreau de l'élément d'accueil, ceci indépendamment de l'inclinaison initiale de l'organe connecteur par rapport à l'axe longitudinal 25 du fourreau de l'élément d'accueil tel que cela apparaît sur la figure 3. En opérant la descente de la turbine à vitesse lente par rapport à la structure porteuse, l'organe d'emboitement 12 de la turbine s'engage dans les moyens de positionnement 230 de forme tronconique complémentaire de celle de l'organe d'emboitement 12 de la turbine. 30 En poursuivant la descente de la turbine, l'organe d'emboitement 12 de la turbine se positionne de façon coaxiale dans et avec les moyens de positionnement 230 de la structure porteuse. Par ailleurs, l'élément d'accueil 23 comprend des moyens de raccordement électrique 231 avec la partie ventrale de la turbine. Plus précisément, l'élément d'accueil présente, au fond du fourreau, un élément de raccordement électrique 231 destiné à coopérer avec l'extrémité 121 de l'organe raccordeur 120 de la turbine. L'invention propose également un procédé d fabrication d'une structure porteuse telle que décrite précédemment. Ce procédé comprend les étapes de : - assemblage des trois éléments périphériques 22 avec les moyens de liaison au sol 21, pour former la base 200 de la structure porteuse ; - assemblage du bras 24 sur la base 200, par exemple par soudage du bras sur les éléments périphériques 22; - assemblage de l'élément d'accueil avec le bras 24; - assemblage des jambes 25 d'une part avec la base 200 et d'autre part avec l'élément d'accueil 23; - incorporation d'un matériau de lestage et/ou de rigidification dans la structure tubulaire des éléments périphériques, du bras et des jambes. Préférentiellement, l'étape d'incorporation est effectuée une fois toutes les opérations d'assemblage de la structure porteuse réalisée. Pour ce faire, une fois la structure porteuse assemblée, chacune des pièces de structure tubulaire composant la structure porteuse est percée en vue de permettre l'introduction d'une buse d'injection de béton haute densité à l'intérieur de la structure tubulaire, ceci à l'aide d'une pompe à béton connue en elle-même.30 REVENDICATIONS1. Structure porteuse (2) pour hydrolienne, du type tripode, comprenant un châssis (20) dont la base (200) est de forme générale triangulaire délimitée par trois éléments périphériques (22), présentant à chacun de ses sommets des moyens de liaison au sol (21), la structure porteuse présentant un élément d'accueil (23) destiné à recevoir une partie ventrale d'une turbine, l'élément d'accueil (23) reposant sur un bras (24) solidaire de la base (200), caractérisée en ce que l'élément d'accueil (23) est relié à la base par trois jambes (25), et en ce que les trois éléments périphériques (22) et/ou ledit bras (24) et/ou les trois jambes (25) présentent une structure tubulaire dans laquelle est présent un matériau de lestage et/ou de rigidification. 2. Structure porteuse pour hydrolienne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau de lestage et/ou de rigidification est constitué par du béton. 3. Structure porteuse pour hydrolienne selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit bras (24) relie deux des trois éléments périphériques (22) par leur milieu. 4. Structure porteuse pour hydrolienne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les jambes (25) s'étendent chacune à partir d'un des moyens de liaison au sol (21). 5. Structure porteuse pour hydrolienne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les jambes (25) forment avec la base (200) une pyramide à trois faces. 6. Structure porteuse pour hydrolienne selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'élément d'accueil (23) est porté par les jambes (25) au niveau de l'apex de la pyramide. 7. Structure porteuse pour hydrolienne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément d'accueil (23) prend la forme d'un fourreau. 8. Structure porteuse pour hydrolienne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément d'accueil (23) comprend des moyens de positionnement de la partie ventrale de la turbine. 9. Structure porteuse pour hydrolienne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément d'accueil (23) comprend des moyens de raccordement électrique avec la partie ventrale de la turbine. 10. Procédé de fabrication d'une structure porteuse (2) pour hydrolienne, du type tripode, comprenant un châssis (20) dont la base (200) est de forme générale triangulaire délimitée par trois éléments périphériques (22), présentant à chacun de ses sommets des moyens de liaison au sol (21), la structure porteuse (2) présentant un élément d'accueil (23) destiné à recevoir une partie ventrale d'une turbine, l'élément d'accueil (23) reposant sur un bras solidaire (24) de la base, l'élément d'accueil (23) étant relié à la base par trois jambes (25), les trois éléments périphériques (22) et/ou ledit bras (24) et/ou les trois jambes (25) présentant une structure tubulaire, le procédé comprenant les étapes de : - assemblage des trois éléments périphériques (22) avec les moyens de liaison au sol (21) pour former la base (200) ; assemblage du bras (24) sur la base (200) ; - assemblage de l'élément d'accueil (23) et des jambes (25) avec la base (200) et le bras (24) ;incorporation d'un matériau de lestage et/ou de rigidification dans la structure tubulaire des éléments périphériques (22) et/ou du bras (24) et/ou des jambes (25).