Brevet FR2998622A1 — publié le 20140530

Indications concernant le domaine technique de l'invention - Préambule Le concept est la mise en oeuvre d'une nappe flottante et déformable caractérisée en ce qu'elle récupère l'énergie de déformation pour la transformer en électricité. Cette énergie est récupérée par des vérins hydrauliques mettant de l'huile sous pression entrainant la rotation de génératrice électrique d'une technicité parfaitement connue et maîtrisée. Il n'y a aucune revendication sur cette partie. Cette nappe est soumise à la poussée d'Archimède et à la gravitation, force de rappel. Ce couple de forces l'oblige à suivre les moindres modifications de la surface de la mer et à en épouser les formes. Les déformations sont engendrées par la houle, les vagues, le clapot,... Deux domaines techniques sont étroitement liés, la conception d'un nouveau type d'ouvrage maritime de protection et la conception d'un nouveau dispositif de récupération de l'énergie des vagues. -Les vagues, la houle La houle est un mouvement ondulatoire de la surface de la mer. Généralement bien établie, elle est formée par un champ de vent loin de la zone considérée. De grande période, elle se propage sur de très grandes distances. A l'inverse les vagues sont engendrées par le vent local. Elles sont moins bien 20 établies et souvent de périodes plus courtes. En y rajoutant les phénomènes de clapot, on retrouve une mer le long des côte contenant des composantes de périodes très variées aux directions différentes qui lui donnent un aspect erratique. Le concept ci-après présenté à la prétention de s'adapter aux fréquences 25 différentes entrecroisées et d'être multidirectionnel. -Un axe de travail, deux applications La récupération de l'énergie de la houle ou des vagues peut nous conduire à deux applications ( qui seront souvent complémentaires ), l'une consistant à la création d'un ouvrage maritime de protection de plan d'eau 30 souvent portuaire (ou de la côte) et l'autre à un dispositif de production d'électricité le tout dans un seul ensemble. Suivant les cas de figures rencontrés, il pourra être conçu des solutions du premier type ou du second et même un mixte des deux Un champ photovoltaïque pourrait aisément y être associé ou une 35 plate forme de travail .(page 6/12 figure 12) 2) Etat de la technique antérieure faisant ressortir les problèmes posés - État de la technique antérieure pour les ouvrages de protection maritimes -Nous trouvons deux types d'ouvrages de protection maritime: -les ouvrages dits « lourds » que sont les jetée, les enrochements, les brises lames,...et qui relèvent d'une autres catégorie d'ouvrages que le présent concept. -les ouvrages dits « légers » que sont les brises clapots flottants, les structures flottantes, dans lesquels le présent concept entre. - État de la technique antérieure pour la production d'électricité à partir des vagues De très nombreux projets existent, la liste ci-après est issue d'une recherche personnelle et n'est certainement pas exhaustive: BIOWAVE / WAVEGEN / PALMS de HYDROCAP/ PELAMIS / WAVE DRAGON / AWS / SEAREV / LIMPET / WAVE SWING / SEAWAVE SLOT-CONE GENERATOR / ENERGETECH / STINGRAY / SEAPOWER / WAVEMILL / AQUABUOY / OWECO / WAVEBOB / ORECON / PSP / ENERMAR / SEAVOLT /ANACONDA / CETO / SEADOG / AQUA MARINE / SDE / SSG / PROJET BILBOQUET ... - Les problèmes techniques posés pour les ouvrages de protection 20 maritimes Les ouvrages légers proposés à ce jour ne permettent pas de traiter la totalité de phénomène d'agitation, ils sont généralement spécialisés sur une longueur d'onde donnée ou une orientation. De plus ils sont rarement modulables et adaptables à l'ensemble des cas de figure rencontrés. 25 - Les problèmes techniques posés pour la production d'électricité Tous les systèmes à ce jour ne sont pas conçu sur la base de cellules élémentaires, ne sont donc pas modulables et donc ne présentent pas ce coté adaptabilité au contraintes des sites envisagés pour une même conception ( météo, bathymétrie, forme de la côte, spécificités locales...) 30 Tous les systèmes à ce jour n'ont pas de possibilité de faire varier leurs dimensions pour s'adapter parfaitement aux longueurs d'ondes des vagues en présence y compris les ondes croisées et donc d'obtenir le meilleur rendement en permanence. Les systèmes proposés ne permettent pas ou difficilement de s'adapter à la modification de l'axe de propagation des vagues. La construction est standardisable, 35 d'une technicité courante et donc facilement réalisable (réalisation locale possible) 3) Exposé explicitant les solutions apportés aux différents problèmes posés - Conception de base Le concept de départ est fait par analogie au phénomène de l'atténuation des vagues par un nappe visqueuse (fuel, huile,..) répandue sur la surface de la mer. L'idée était donc de créer une surface déformable et flottante dont on pourrait récupérer l'énergie de déformation. Les tensions internes dues à la viscosité dans le cas du fuel et facteur d'atténuation des vagues seront aisément simulés par des vérins hydraulique (1) dont on sait par des techniques courantes transformer leurs énergie en électricité. Il est donc important de concevoir une géométrie de nappe la plus simple possible faite de fragments identiques, emboîtables à l'infinie(2)(3)(4)(5). Cette géométrie devait de plus présenter un maximum d'axes privilégiés par rapport à la direction de la propagation de la houle pour un rendement optimum de la structure sans contraintes d'orientation (les dessins pages 7/12 et 8/12 figuresl3 et 14). La première figure géométrique fermée présentant toutes ces caractéristiques est le triangle équilatéral. Deux conceptions possibles: TYPE A ( Les dessins page 1/12 figure 1) Deux éléments constructifs: une bouée ( fragment de nappe ) et un bras articulé de longueur modulable ( ionction entre fragments ). TYPE B ( Les dessins page 1/12 figure 2 ) Deux éléments constructifs: un bras flottant de longueur modulable ( fragment de nappe ) et une articulation ( ionction entre fragment ) Dans tous les cas, une gamme de tailles différentes permet de s'adapter à la typologie de la mer concernée. Les bras articulés ou les bras flottants dont la longueur est modulable, permettent de s'adapter aux différentes longueurs d'ondes à traiter. De plus, dans la configuration de type A et de type B, deux concepts sont possibles, l'un avec des bras de longueur fixe et de faible dimension pour pouvoir s'adapter à toutes les longueurs d'ondes et l'autre avec des bras ajustables en longueur permettant de caler les bouées en harmonie avec la fréquence de la houle. La strate de vérins supérieurs( hors eau)(1) peut être complétée par une strate inférieur (sous l'eau)(6)(page 2/12). Les deux configuration peuvent être complété par la création d'un champ de panneaux solaires flottants. Le dessin descriptif du type « A » se trouve en page 2/12 (figure 3 et 4 ) Le dessin descriptif du type « B » se trouve en page 3/12 ( figure 5 et 6 ) -Une nappe est donc constituée de: Une cellule de base de Type A constituée de trois bouées et de trois bras reliés sous la forme d'un triangle équilatéral plus éventuellement une strate de bras inférieurs ( dessins page 4/12 )(2) Une cellule de base de Type B constituée de trois bras flottants et de trois articulations. De même on pourra concevoir deux niveaux de liaisons, un niveau supérieur hors eau et un niveau inférieur en eau( dessins page 4/12 )(3) Une cellule complémentaire de type A constituée d'une bouée et de deux bras. ( dessin page 4/12 )(4) Des cellules complémentaires de type B constituée de deux bras et d'une articulation.(dessin page 12/4 )(5) Des trames de type A et de type B totalement modulables.( dessins page 5/12 figures 9 et 10 et page 12/12 figure 19) Ces trames peuvent donner lieu à d'autres applications particulières ( dessins page 11/12 figures 17 et 18) Il est important de noter que la conception sur la base du carré a été volontairement écarté car présentant une faiblesse sur le plan de la résistance mécanique ( pas de triangulation de la structure ) et moins d'axes privilégiés par rapport à la direction de propagation des vagues. -Cette nappe doit pouvoir se déformer Sur chaque bras articulés ou bras flottants il y aura un vérin hydraulique permettant de compenser l'allongement du à la déformation verticale (dessins page 2/12 et 3/12 (1) (6) ) mais aussi un vérin permettant de récupérer les déformations horizontales. Ce dernier permettra lui aussi de récupérer de l'énergie et dans le cas d'une grande structure être le seule à récupérer cette énergie. Ce vérin fonctionnera grâce à l'inertie de l'ensemble de la structure et à son « encrage dans l'eau » par des dispositif anti dérive des bouées ou les bras flottants (7).(page 3/12) Les bouées ou les bras flottants seront ballastés pour optimiser le couple « force d'Archimède et force de gravitation ». Les ballastes seront encloisonnés pour éviter 30 les phénomènes de carène liquide (8).(page 3/12) De plus cette nappe sera ancrée sur corps morte et sur chaine (9) . Les bouées reliées aux chaines d'ancrage seront ballastées en conséquence. Le dispositif d'ancrage sera fait de manière à ne pas s'opposer à l'allongement de la structure. (dessins pages 2/12 et 3/12 ) 35 De plus, les nappes sont totalement modulables (dessins page 4/12 5/12 6/12 10/12) - Réponses aux problèmes techniques posés pour les ouvrages de protection maritimes Les ouvrages légers proposés à ce jour ne permettent pas de traiter la totalité de phénomène d'agitation, ils sont généralement spécialisés sur une longueur d'onde donnée. Le concept proposé permettra de dimensionner des ouvrages portuaires de protection de plan d'eau adaptés à la typologie du site (dessins page 10/12 figure 16), aux phénomènes d'agitation rencontrés, aux formes de la côte, sans problèmes bathymétriques tout en respectant l'environnement et en simplifiant donc les procédures administratives d'autorisation de travaux. Le concept proposé permet aussi de proposer des fonctions d'éclateur de clapot, écrêteur de vagues, traitement des déferlements, traitement des houle résiduelles anarchiques.(dessins page 6/12 figure 11 et 10) - Réponses aux problèmes techniques posés pour la production d'électricité Tous les systèmes à ce jour, dans cette thématique de récupération de l'énergie de la houle, ne sont pas conçu sur la base de cellules élémentaires, ne sont donc pas modulables et donc ne présentent pas ce coté adaptabilité au contraintes des sites envisagés pour une même conception ( météo, bathymétrie, forme de la côte, spécificités locales...) Tous les systèmes à ce jour n'ont pas de possibilité de faire varier leurs dimensions pour s'adapter parfaitement aux longueurs d'ondes des vagues en présence y compris les ondes croisées et donc d'obtenir le meilleur rendement en permanence. Les systèmes proposés ne permettent pas ou difficilement de s'adapter à la modification de l'axe de propagation des vagues et ne sont pas multidirectionnel. Dans tous les cas l'entretien et la maintenance ne nécessitent pas d'outils spécialisés et requièrent que des moyens traditionnels existants tels que remorqueurs, barges, chantier naval, ... - Dimension des bouées et le type de mer traité Vu le nombre important de variable et pour la clarté du présent exposé, l'angle maximum de débattement à été fixé arbitrairement à 30° mais semble correspondre aux meilleurs compromis entre rendement, stabilité de la structure, adaptabilité, volumes développés, ecrêteur, rapport amplitude et longueur des bras articulés, ... Une étude préalable de faisabilité site par site, en fonction de l'agitation rencontrée, de son caractère homogène ou hétérogène, et au vu des objectifs recherchés (production d'énergie verte, ouvrage de protection, ou ouvrage mixte ) permettra de dimensionner la nappe. Un choix très important devra être établit en fonction des résultats des observations, voire des simulations entre une structure fixe en dimension ou adaptable aux longueurs d'onde à traiter. - choix entre le type « A » ou le type « B » ( à faire notamment au vu du rendement qui sera appréhendé par similitude en bassin par rapport au cas considéré) - en cas de bras à longueur variable, choix de la longueur moyenne et de l'amplitude de déformation. - choix aussi du débattement. - choix d'une seule strate des vérins ou de liaisons (niveau supérieur) ou deux strates.( figure 3 ) (1)(6) 4) Présentations des différentes figures constituant les dessins - Page 01/12 Deux conceptions possibles type A ou B - Page 02/12 Deux éléments constitutifs de type A - Page 03/12 Deux éléments constitutifs de type B (figures de principe non mis à l'échelle ) - Page 04/12 Cellule de base et cellule complémentaire - Page 05/12 Configuration de principe et application particulière ( des trames modulables ) - Page 06/12 Brise clapot et plate forme - Page 07/12 axe d'incidence de type A ( incidence entre axe de la houle et axes optimum ) - Page 08/12 axe d'incidence de type B ( incidence entre axe de la houle et axes optimum ) - Page 09/12 la maintenance - Page 10/12 différentes figures - Page 11/12 applications particulières ( des trames totalement modulables de type A ) - Page 12/12 exemple configuration de principe( des trames totalement modulables de type B ) 5) Exposé détaillé du mode de réalisation de l'invention I) Phase prototype en bassin Le concept général devra faire l'objet d'une approche en bassin pour valider la faisabilité mais surtout le dimensionnement en fonction des différents cas de figure que l'on pourrait rencontrer. Ces études préalables permettront de mieux appréhender les orientations générales à prendre dans chaque cas spécifique et de donner des orientations pour les études de détail.( notamment la pertinence d'avoir un ou deux niveaux de liaisons) Io 1/) Mise en oeuvre d'un site pilote à l'échelle I Le site pilote à l'échelle I permettra de valider un certain nombres d'hypothèses de dimensionnement préalables et d'en tirer des directives pour les futures installations qui devront passer par des études détaillées de 15 dimensionnement et de mise en oeuvre. Cette phase permettra de mettre au point les différents logiciels de gestion des nappes suivant leurs fonctions dont notamment l'optimisation du dimensionnement de la structure pour la production d'énergie, la 20 configuration optimale pour la protection des plans d'eau en fonction des conditions de mer, la configuration optimale dans la fonction brise clapot, la stabilité maximale dans la fonction plate forme,... 6) Mise en application industrielle III) Fabrication industrielle 25 Avant toute fabrication à l'échelle industrielle il conviendra de définir des modules standards, fort des phases I et 11, ce qui facilitera la production de masse, diminuera considérablement les coûts, et simplifiera la maintenance. La fabrication relève de la chaudronnerie et construction métallurgique classique. Quant au dispositif de conversion de l'énergie hydraulique en énergie électrique, 30 cela relève de processus classique parfaitement connus et maîtrisés. IV) La mise en oeuvre La mise en oeuvre ne présente aucune difficulté s'agissant d'interventions déjà connues et ne présentant aucune technicité particulière par rapport au professionnels déjà en place. De plus elle ne nécessite pas la conception d'outils 35 nouveaux mais relève d'outils standards. ( remorqueurs, barges, ...) V) Entretien et maintenance L'entretien peut se faire par section en intercalant des lignes de modules nouveaux en attente de réparations ou maintenance des anciens ce qui implique des avantages conséquents comme une maintenance préventive aisée grâce à une mobilité et modularité très grande et une maintenance corrective facile et à l'abri des éléments marins et d'une technicité courante.(dessins page 9/12)( figure 15) REVENDICATIONS1. Dispositif pour récupérer l'énergie de la houle caractérisé par une nappe flottante déformable de dimensions variables permettant de s'adapter aux longueurs d'onde des vagues, et constituée de cellules élémentaires articulées et comprenant au moins un élément flottant et au moins un vérin permettant de récupérer l'énergie de déformation de la nappe 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cellules élémentaires comprennent au moins une bouée et un bras articulé de longueur modulable 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cellules élémentaires comprennent au moins un bras flottant de longueur variable et une articulation 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les cellules élémentaires présentent une forme de triangle équilatéral 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une strate de vérins supérieurs et une strate de vérins inférieurs 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il 15 permet une conception modulaire standardisable