Brevet FR3002786A1 — publié le 20140905

DISPOSITIF DE TRANSFORMATION D'ÉNERGIE HYDROCINETIQUE OU AEROCINETIQUE La présente invention concerne le domaine de la production électrique par transformation d'énergie fournie par les courants d'eau fluviaux ou maritimes, et, plus particulièrement, le domaine des hydroliennes ou des éoliennes. Le milieu aquatique présente des caractéristiques de forces de courants d'eau variables en fonction de nombreux paramètres. Or, il est important de pouvoir installer une hydrolienne à une 1 Olocalisation propice à permettre de retirer les plus grands bénéfices de ce milieu aquatique. Ainsi, le document WO 2012/156717 décrit une hydrolienne adaptée pour être installée à des profondeurs variables en fonction du milieu aquatique en certains endroits géographiques. Toutefois, ce type d'hydrolienne destiné à être positionnée dans de forts courants présente des fragilités par rapport au contexte du milieu aquatique. 15 La présente invention vient améliorer la situation. Un premier aspect de la présente invention propose un dispositif de transformation d'énergie comprenant d'une part un transformateur d'énergie adapté pour générer de l'énergie à partir d'un courant d'eau et d'autre part un support, dans lequel ledit support comprend une coque ayant des première et seconde faces opposées l'une à 201'autre, ladite première face présentant une surface externe audit dispositif qui est plane ou convexe et ladite seconde face, présentant une surface externe audit dispositif qui est convexe et/ou concave, ladite seconde face comprenant en outre un logement adapté pour recevoir au moins partiellement ledit transformateur d'énergie. On entend par les termes 'surface plane' une surface ayant un aspect sensiblement et 25majoritairement plan à l'oeil nu. Cette surface peut par ailleurs présenter des irrégularités, des aspérités volontaires ou non ou encore des imperfections par rapport à une définition stricte du terme 'plan'. Ainsi, cette surface peut présenter des évidements dans un but d'assemblage de pièces annexes, tout en conservant un aspect majoritairement plan. On entend par les termes 'surface convexe', toute surface qui présente un aspect arrondi au- 30dehors. On entend par 'surface concave' toute surface qui présente un aspect arrondi au-dedans. On entend par les termes 'surface convexe et/ou concave' une surface majoritairement composée de parties convexes et de parties concaves. Au niveau de cette seconde face est prévu un logement. Ainsi, la surface convexe et/ou concave est rompue dans sa forme pour accueillir un logement selon un mode de réalisation de la présente invention. 35 On entend par les termes 'transformateur d'énergie' un appareil adapté pour capter l'énergie cinétique d'un fluide et la transformer en une énergie mécanique. On peut ici envisager qu'un tel transformateur d'énergie corresponde par exemple à une turbine. Une telle turbine peut être mise en rotation au contact de courants d'eau, en captant l'énergie cinétique de ces courants d'eau. Cette turbine est alors en mesure de produire une énergie mécanique à partir de cette énergie cinétique. Bien entendu, une telle énergie mécanique fournie par un tel transformateur d'énergie peut être 5aisément transformée en énergie électrique lorsqu'on prévoit en outre d'y adapter une génératrice de l'énergie électrique. Ce transformateur d'énergie peut être, dans un mode de réalisation de la présente invention, une turbine à flux axial ou encore à flux radial. Cette turbine peut être de tout type comme à roue ou encore à hélice. On entend par les termes 'faces opposées l'une à l'autre', deux faces qui permettent de 10définir un espace fermé lorsqu'elles sont positionnées l'une avec l'autre. Dans un mode de réalisation de la présente invention, la première face est soit plane, soit convexe et la seconde face est convexe et / ou concave. Ainsi, l'ensemble de la coque délimitée par des faces présentant de telles caractéristiques possède un profil hydrodynamique ou aérodynamique. Il est en outre avantageusement prévu de recevoir au moins partiellement au niveau de la 15seconde face de la coque le transformateur d'énergie en tant que tel. On entend par le terme 'coque', toute structure solide limitée par lesdites première et seconde faces. Nulle limitation n'est associée au matériau utilisé à cet effet. Il est possible de prévoir une telle structure en métal, matière plastique, matériaux composites, bois lamellé collé, ou tout autre matériau adapté pour la fabrication de cette coque et son utilisation aquatique, tant en 20eaux douces qu'en eaux salées, selon un mode de réalisation de la présente invention. La forme de la coque présentant de manière générale dans son ensemble un profil hydrodynamique, et aérodynamique, et étant adaptée pour recevoir en son sein au moins partiellement le transformateur d'énergie permet de répondre à plusieurs problématiques. En effet, grâce à ces dispositions, le dispositif de transformation d'énergie, objet d'un mode 25de réalisation de la présente invention, présente une forme d'ensemble qui permet une grande flexibilité de positionnement et d'installation. En effet, avantageusement, la forme extérieure de ce dispositif de transformation d'énergie avec ses deux faces hydrodynamiques (ou encore aérodynamiques) permet une installation en position submergée, et également en surface, tout en limitant substantiellement toute résistance aux courants d'eau environnant. Ainsi, il y a moins de 30résistance, moins d'efforts, sur le système d'ancrage qui est nécessaire pour maintenir le dispositif de transformation d'énergie dans la position souhaitée. De par son profil, un tel dispositif de transformation d'énergie garantit la protection de la faune aquatique du lieu de l'installation dudit dispositif de transformation d'énergie. En effet, cette forme extérieure permet de diriger les poissons et tout autre animal aquatique sur les côtés du 35dispositif de transformation d'énergie et de ce fait, leur permet d'éviter le contact avec le 3 002 786 3 transformateur d'énergie lui-même qui pourrait leur être fatal. De plus, une telle forme extérieure d'ensemble permet d'assurer une protection du transformateur d'énergie en tant que tel par rapport aux divers obstacles extérieurs. En effet, la seconde surface permet de diriger des éléments transportés par un courant d'eau selon une 5trajectoire de dégagement. Positionné dans un courant d'eau, un tel dispositif de transformation d'énergie est exposé à être en contact de manière plus ou moins violente avec divers objets emportés par le courant (troncs d'arbre, embâcles, etc ...). De par sa forme, ce dispositif de transformation d'énergie est adapté pour conduire ces objets divers loin du transformateur d'énergie en lui-même. Ainsi, le dispositif de transformation d'énergie d'un mode de réalisation de 101a présente invention est robuste dans tout type d'environnement aquatique et présente une grande résistance à tout type d'obstacles. Avantageusement également, un tel dispositif de transformation d'énergie est simplement et naturellement adapté, avec sa forme hydrodynamique ou encore aérodynamique, pour s'orienter face au courant, de lui-même, sans l'ajout d'aucune entité supplémentaire. Cet aspect est d'autant 15plus avantageux dans des zones aquatiques qui sont soumises à des inversions de sens de courants d'eau. Tel peut être le cas pour ces courants marins ou estuariens dans certaines localisations géographiques. Parfois ces courants d'eau peuvent être animés de changements de direction fréquents à des vitesses élevées. Dans des régions de ce type, le dispositif de transformation d'énergie est très avantageux car il s'adapte et suit ces changements de direction simplement. Dans 20un mode de réalisation de la présente invention, afin de répondre à ces caractéristiques de courants d'eau changeant, le transformateur d'énergie pourra avantageusement présenter un axe de rotation verticale qui s'orientera naturellement face au courant, ce qui permettra alors de capter une quantité d'énergie hydro cinétique substantielle (ou aéro cinétique substantielle), voir même optimale. Il convient de noter que tous les avantages listés ci-avant sont obtenus que la première face 25soit sensiblement plane ou encore convexe. Dans un mode de réalisation de la présente invention, la seconde face comprend une première partie de surface convexe et une seconde partie de surface concave, ladite première partie de surface convexe étant destinée à interagir avec un courant d'eau avant la seconde partie de surface concave. 30 Grâce à ces caractéristiques, le dispositif de transformation d'énergie présente un profil adapté pour être hydrodynamique ou encore aérodynamique. En effet, lorsque la première partie de surface convexe est du côté du dispositif de transformation qui fait face au courant d'eau, c'est-à-dire qui pointe en sens opposé au sens du courant, le dispositif peut créer un courant de dégagement qui permet de conduire loin du transformateur d'énergie poissons et tout autre objet 35transporté dans un courant d'eau. Puis, la seconde partie de surface concave rencontre le courant d'eau après la première partie de surface et de ce fait, l'aspect concave de cette partie assure encore un degré supplémentaire aérodynamique. Dans un mode de réalisation de la présente invention, on peut prévoir que la première partie de surface correspond à une surface sensiblement concave et la seconde partie de surface 5correspond à une surface sensiblement convexe. Dans un mode réalisation de la présente invention, on peut prévoir que la première partie de surface correspond à une surface sensiblement concave et la seconde partie de surface correspond à une surface sensiblement concave. Dans un mode de réalisation de la présente invention, on peut prévoir que la première 1 Opartie de surface correspond à une surface sensiblement convexe et la seconde partie de surface correspond à une surface sensiblement convexe. Lorsqu'on prévoit que le logement est situé entre la première partie de surface convexe et la seconde partie de surface concave, alors les poissons et toute la faune aquatique peuvent être protégés tout en assurant un profilage aérodynamique efficace. 15 Dans un mode de réalisation de la présente invention, la première partie de surface convexe de la seconde face de la coque est profilée de manière à permettre d'orienter un écoulement d'un courant d'eau vers une partie du transformateur d'énergie dépassant du logement et la deuxième partie de surface concave et/ou convexe de la seconde face de la coque est profilée de manière à réduire une valeur de coefficient de traînée de la coque. 20 La première partie de surface convexe de la seconde face de la coque peut être assimilable à un bord d'attaque. Elle est profilée de manière à permettre d'orienter un écoulement d'un courant d'eau vers une partie active du transformateur d'énergie. A cet effet, par exemple, on peut prévoit que si le transformateur d'énergie est une turbine à pales, les pales descendantes dépassent du volume du dispositif, ce qui permet ainsi d'augmenter la traînée et la portance sur ces profils. Et 25respectivement le logement prévu sur la seconde face de la coque du dispositif permet de favoriser la rotation des pales montantes qui sont protégées et masquées dans le logement où le courant est nul, voire même négatif (avec l'effet d'aspiration des pales montantes). Enfin, on peut prévoir la deuxième partie de surface de la seconde face peut être concave de manière à réduire une valeur de coefficient de traînée de la coque, cette deuxième partie de surface pouvant être assimilable à un 30bord de fuite. Dans un mode de réalisation de la présente invention, la coque comprend au moins une entrée adaptée pour faire pénétrer en, respectivement sortir de, son sein un volume de substance de lestage et au moins une sortie adaptée pour faire sortir, respectivement entrer, un volume d'air ou d'eau correspondant audit volume de substance de lestage. Ainsi, grâce à ces caractéristiques, il est avantageusement possible de régler un niveau de flottaison adapté à un niveau de profondeur auquel on souhaite installer le dispositif de transformation d'énergie. Ce niveau pouvant varier en fonction du milieu aquatique il est utile de pouvoir régler ce niveau de flottaison au moment de l'installation notamment. La coque peut présenter au moins un point de fixation d'un système d'ancrage. En effet, pour maintenir le dispositif de transformation d'énergie, un système d'ancrage peut être fourni. Tout type de système d'ancrage peut être mis en oeuvre, comme notamment une pluralité de cordes, de câbles, de chaines, à la façon d'un cerf volant, permettant grâce à des pattes d'oie réglables, de caler l'incidence du dispositif dans le courant, mais aussi par un changement de calage de faire 1 Oremonter jusqu'à la surface ou descendre le dispositif, notamment pour une phase de maintenance par exemple. La coque peut présenter au niveau de la première face des moyens de fixation adaptés pour permettre une fixation à une paroi. Ainsi, lorsque la première face est plane (ou quasiment plane), il est aisé de fixer le dispositif contre une paroi quelconque. 15 Le volume du dispositif peut être compartimenté et nervuré pour limiter le déplacement du ballast et renforcer la pièce. Dans un mode de réalisation, le transformateur d'énergie comprend une pluralité de pales présentant chacune un profil alaire et étant positionnées de sorte à pouvoir tourner autour d'un axe de rotation. Il peut avantageusement être prévu que le transformateur d'énergie corresponde à celui 20qui est décrit dans le document FR 2958692 et EP2395231. Dans un mode de réalisation de la présente invention, l'axe de rotation est positionné de manière transverse par rapport à un courant d'eau. Cela permet ainsi au système tournant (hélice, roue, pales, etc) de fonctionner de manière pertinente avec des courants changeants et turbulents. En effet, ainsi, on peut obtenir une captation optimale de courant changeant en direction et en 25intensité, et ceci pour des courants turbulents rencontrés en milieu naturel. Dans ce mode de réalisation, l'évacuation sans dégâts des embâcles est encore favorisée, ainsi que le passage des poissons sans risquer de percuter un bord d'attaque. En outre, ici, une force de traînée s'applique de manière sensiblement constante dans le temps, à l'état de surface de ces profils. Dans un mode de réalisation de la présente invention, la coque peut également 30comprendre dans sa partie inférieure des pieds. Ces pieds peuvent permettre d'assurer une garde au sol sous le dispositif de transformation d'énergie de manière à laisser écouler l'eau, ainsi que les embâcles que celle-ci peut transporter. Ces pieds peuvent être axés dans le prolongement longitudinal de la coque ou dans un sens orthogonal selon l'orientation donnée à l'ensemble. Dans un mode de réalisation de la présente invention, on peut prévoir un système de génération d'énergie comprenant deux dispositifs de génération d'énergie selon l'un quelconque des modes de réalisation, dans lequel chacun des dits dispositifs de génération d'énergie a sa première face qui correspond à une surface plane et dans lequel lesdits dispositifs de génération d'énergie sont fixés l'un autre au niveau de leurs surfaces planes respectives. Lorsque la première face est plane ou sensiblement plane, il est facile d'obtenir un dispositif de transformation d'énergie qui permet de doubler la puissance d'énergie fournie. En effet, en fixant, face plane contre face plane, deux dispositifs de génération d'énergie selon un mode de réalisation on obtient un dispositif de transformation d'énergie qui comprend donc deux transformateurs d'énergie et qui peut alors être fixé par au moins un système d'ancrage. D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'un de ses modes de réalisation. L'invention sera également mieux comprise à l'aide des dessins, sur lesquels : - la figure 1 illustre une coque selon un mode de réalisation de la présente invention ; - les figures 2a, 2b illustrent une première face selon un mode de réalisation de la présente invention, avec dans la même vu l'intégration de la génératrice électrique ; - la figure 3a illustre une deuxième face avec un logement dans lequel est localisé un transformateur d'énergie selon un mode de réalisation de la présente invention ; et à titre d'exemple, les formes selon le mode de réalisation visé, la figure 3b illustre à titre d'exemple, les angles souhaitables selon le mode de réalisation visé - la figure 4 illustre un système de génération d'énergie selon un mode de réalisation de la présente invention ; - la figure 5 illustre des interactions entre un dispositif de transformation d'énergie selon un mode de réalisation de la présente invention et des courants d'eau d'un milieu aquatique ; - les figures 6a, 6b illustrent des entrées et sorties de ballast d'une coque selon un mode de réalisation de la présente invention ; - les figures 7a, 7b, 7c illustrent des systèmes d'ancrage d'un dispositif de transformation d'énergie selon un mode de réalisation de la présente invention ; - la figure 8 illustre une coque ayant des pieds selon un mode de réalisation de la présente invention ; - La figure 9 illustre un assemblage bout à bout de dispositifs selon un mode de réalisation de la présente invention ; - La figure 10 illustre des déclinaisons possible de ce profil de coque selon un mode de réalisation de la présente invention .35 La figure 1 illustre une coque selon un mode de réalisation de la présente invention. Cette coque comprend une coque (11) ayant des première (12) et seconde (13) faces opposées l'une à l'autre, ladite première face (12) présentant une surface externe audit dispositif qui est plane ou convexe et ladite seconde face (13), présentant une surface externe audit dispositif qui est convexe, ladite seconde face comprenant un logement (14) adapté pour recevoir au moins partiellement ledit transformateur d'énergie. Il convient de noter que la seconde face correspond ici à une combinaison de différentes formes de surface. Sur sa partie (13.1), la face présente une surface pouvant être convexe et/ou concave, puis après le logement (14) cette face se poursuit par une surface (13.2) pouvant être également convexe et/ou concave . Il est important de noter que cette second face peut présenter toute combinaison de types de surface qui assemblées permettent d'assurer un profil hydrodynamique ou aérodynamique selon le fluide employé . La figure 2a et 2b illustrent une première face (12) selon un mode de réalisation de la présente invention. Cette première face (12) est une surface sensiblement plane sur la plus grande partie. Elle peut toutefois, comme illustré sur la figure 2a, comprendre en outre un évidement longitudinal (22). Cet évidement peut être positionné en avant du centre de poussée du profil, qui peut contenir sans frottements importants, un mat, lorsque l'on souhaite que le dispositif joue un rôle d'empennage pour s'auto-orienter face au courant (fig.2b). Cette auto-orientation est rendu possible grâce à la traînée hydrodynamique (ou aérodynamique) du dispositif. Cet évidement (22) en association avec un mat peut également permettre de déplacer le dispositif le long de ce mat. On distingue également l'intégration possible de une ou plusieurs génératrices électrique située(s) dans le volume coque du dispositif, celle(s) ci pouvant se trouver indifféremment en bout d'arbre ou en prise directe sur la partie tournante (plateaux) et sont couplées, pour une transformation en énergie électrique de l'énergie mécanique reçu . Les figures 3a, 3b illustrent une deuxième face (13) avec un logement (14) dans lequel est localisé un transformateur d'énergie (10) selon un mode de réalisation de la présente invention. Il s'agit ici d'un transformateur d'énergie cinétique et énergie mécanique correspondant à une turbine à pales La figure 4 illustre un système de génération d'énergie selon un mode de réalisation de la présente invention. Avantageusement, dans un tel système, chacun des dispositifs de génération d'énergie a sa première face (12) qui correspond à une surface plane et les dispositifs de génération d'énergie sont fixés symétriquement l'un à autre au niveau de leurs surfaces planes (12) respectives. le profilage de leur deuxième surface (13.1) en amont des pales orientent l'écoulement du fluide vers les parties de turbine dépassant de leurs logements et tournant dans le même sens général que le courant ce qui permet créer un ensemble compact doublant la production et continuant de placer poissons et embâcles sur une trajectoire de dégagement évitant de blesser les premiers et évitant que les embâcles ne percutent violemment les pales du générateur en contournant les dispositifs . La figure 5 illustre en coupe ces interactions entre un duo de dispositif de transformation d'énergie assemblé symétriquement par leurs premières faces (12), selon un mode de réalisation de la présente invention et les courants d'eau, faune et objets d'un milieu aquatique . Les figurent 6a,6b illustrent des entrées et sorties d'une coque selon un mode de réalisation de la présente invention. Elle représente une coupe longitudinale de la coque échancrée et formant le logement (14) sur une partie de sa longueur selon une portion plus ou moins cylindrique, avec en ses extrémités ses orifices de remplissage/vidage et la substance de lestage, ainsi que de logements destinés à recevoir les paliers de l'axe rotatif du transformateur d'énergie . Les figures 7a,7b illustrent les solutions d'ancrage d'une coque (11) contenant un dispositif de transformation d'énergie (10) selon un mode de réalisation de la présente invention, fig 7a ancrage (9) vers l'avant pour une installation sur ouvrage ou sur berge, en surface par exemple, et fig. 7b vers l'avant et vers le bas pour des installations dont l'ancrage (9) se trouve au fond , fig.7c sur ouvrage utilisant les ancrages 9 comme ici de part et d'autre d'une pile de pont..., les faces 12 contre l'ouvrage ;. La figure 8 illustre une coque (11) ayant des pieds dans un mode de réalisation de la présente invention, permettant d'avoir une garde au sol, dans des zone de très faible profondeur (à l'étiage par exemple, ou en torrent) La figure 9 illustre la possibilité d'assemblage bout à bout de dispositifs, pour former, une ferme hydrolienne immergée, ou non, comme un ponton (ou un pont) énergétique en surface. La figure 10 illustre des déclinaisons possibles de cette coque (11), pour répondre à une problématique d'inversion de courant et de réduction des matériaux, tout en conservant un mode de réalisation similaire à celui employé dans le cas général avec des faces (12) et (13) planes et/ou convexes et/ou concaves. REVENDICATIONS1. Dispositif de transformation d'énergie (10) comprenant d'une part un transformateur d'énergie adapté pour générer de l'énergie à partir d'un courant d'eau et d'autre part un support, dans lequel ledit support comprend une coque (11) ayant des première (12) et seconde (13) faces opposées l'une à l'autre, ladite première face (12) présentant une surface externe audit dispositif qui est plane ou convexe et ladite seconde face (13), présentant une surface externe audit dispositif qui est convexe et/ou concave, ladite seconde face comprenant en outre un logement (14) adapté pour recevoir au moins partiellement ledit transformateur d'énergie. 2. Dispositif de transformation d'énergie selon la revendication 1, dans lequel la seconde face comprend une première partie de surface convexe et une seconde partie de surface concave, ladite première partie de surface convexe étant destinée à interagir avec un courant d'eau avant la seconde partie de surface concave. 3. Dispositif de transformation d'énergie selon la revendication 2, dans lequel le logement est situé entre la première partie de surface convexe et la seconde partie de surface concave. 20 4. Dispositif de transformation d'énergie selon la revendication 2 ou 3, dans lequel la première partie de surface convexe de la seconde face de la coque est profilée de manière à permettre d'orienter un écoulement d'un courant d'eau vers une partie du transformateur d'énergie dépassant du logement et la deuxième partie de surface concave et/ou convexe de la seconde face 25 de la coque est profilée de manière à réduire une valeur de coefficient de traînée de la coque. 5. Dispositif de transformation d'énergie selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la coque comprend une entrée adaptée pour faire pénétrer en, respectivement sortir de, son sein un volume de substance de lestage (15) et au moins une sortie adaptée pour faire sortir, 30 respectivement entrer, un volume d'air ou d'eau correspondant audit volume de substance de lestage . 6. Dispositif de transformation d'énergie selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la coque présente au moins un point de fixation d'un système d'ancrage. 35 7. Dispositif de transformation d'énergie selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la coque présente au niveau de la première face des moyens de fixation adaptés pour permettre une fixation à une paroi. 8. Dispositif de transformation d'énergie selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le transformateur d'énergie comprend une pluralité de pales présentant chacune un profil alaire et étant positionnées de sorte à pouvoir tourner autour d'un axe de rotation. 9. Dispositif de transformation d'énergie selon la revendication 8, dans lequel l'axe de rotation est positionné de manière transverse par rapport à un courant d'eau. 10. Dispositif de transformation d'énergie, selon les revendications 1 à 6, dans lequel la coque comprend une pluralité de pieds fixés de sorte à permettre un appui sur un sol. 11. Système de génération d'énergie comprenant deux dispositifs de génération d'énergie selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chacun desdits dispositifs de génération d'énergie a sa première face qui correspond à une surface plane et dans lequel lesdits dispositifs de génération d'énergie sont fixés l'un autre au niveau de leurs surfaces planes respectives.20