Brevet FR3009032A1 — publié le 20150130

Équipement de conversion d'un mouvement de translation alternée dans un fluide en un mouvement de rotation, et dispositif de récupération de l'énergie des vagues mettant en oeuvre un tel équipement. 1. Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un équipement de conversion d'un mouvement de translation d'une structure dans un fluide en un mouvement rotatif. L'invention concerne également un dispositif de récupération de l'énergie des vagues, ou de la houle, qui met en oeuvre un tel équipement de conversion de mouvements. 2. Art antérieur On recherche de plus en plus à récupérer les énergies renouvelables, pour remplacer progressivement les énergies d'origine fossile. De nombreux progrès ont ainsi été faits, par exemple, pour récupérer l'énergie éolienne et la transformer en électricité. Il a également été envisagé de récupérer l'énergie des vagues, ou de la houle marine. Cette récupération se heurte cependant à différentes difficultés la rendant peu efficace. La houle, ou les vagues, étant un mouvement ondulatoire de la surface de l'eau, il est généralement nécessaire de convertir ce mouvement, par exemple en un mouvement rotatif, avant de le transformer en électricité et en exploiter l'énergie. Le document FR 2 580 337 propose ainsi une solution technique permettant de transformer le mouvement ondulatoire irrégulier des vagues en mouvement rotatif pouvant être exploité par un générateur d'électricité. Ces systèmes existants présentent cependant des inconvénients. Du fait du mouvement irrégulier des vagues et du caractère alternatif de ce mouvement, ils ne permettent pas en effet de fournir simplement un mouvement de rotation continu et régulier, pouvant être efficacement converti en énergie électrique. Par ailleurs, les équipements de conversion utilisés nécessitent l'utilisation de mécanismes fragiles, peu adaptés aux conditions d'utilisation dans les milieux marins, et résistant mal aux vagues de tempête auxquels peuvent être soumis les équipements de récupération d'énergie des vagues. 3. Objectifs de l'invention La présente invention a pour objectif de palier ces inconvénients de l'art antérieur. Ainsi, l'invention a pour objectif de fournir un équipement qui permette 5 une conversion efficace d'un mouvement de translation en un mouvement de rotation, pouvant facilement être exploité. En particulier, la présente invention a pour objectif de fournir un équipement de conversion d'un mouvement de translation alternée, ou de va-et-vient, en un mouvement de rotation, qui soit plus efficace que les équipements 10 connus de l'art antérieur. L'invention a notamment pour objectif de fournir un tel équipement qui soit plus simple et plus robuste que les équipements connus de l'art antérieur. L'invention a également pour objectif, selon au moins un de ses modes de réalisation, de fournir un dispositif de récupération de l'énergie des vagues 15 mettant en oeuvre un tel équipement de conversion de mouvements. 4. Exposé de l'invention Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront plus clairement par la suite, sont atteints par l'invention qui a pour objet un équipement de conversion d'un mouvement de translation d'une structure, par rapport à un fluide, en un 20 mouvement de rotation de cette structure, ledit équipement comprenant ladite structure, montée pivotante autour d'un axe, et plongée dans ledit fluide. Selon l'invention ladite structure porte au moins une pale deformable, fixée en un point de ladite structure éloignée dudit axe, ladite pale présentant au moins une partie flexible de telle sorte que le mouvement de translation de ladite structure par 25 rapport audit fluide, dans la direction dudit axe, déforme ladite pale dans une configuration dans laquelle ledit mouvement de translation génère une force de poussée sur ladite pale, entrainant ladite structure en rotation autour dudit axe, dans un sens de rotation identique quand ledit mouvement de translation est dans un sens ou dans l'autre sens. 30 Les pales déformables, fixées à la structure, permettent ainsi de transformer le mouvement de va-et-vient de la structure dans le liquide en un mouvement de rotation, qui peut facilement être transformé, par exemple en électricité. Du fait de la déformabilité des pales, cette transformation peut produire un mouvement de rotation très régulier. Par ailleurs, ce dispositif ne mettant en oeuvre aucune pièce mobile est plus facile et moins onéreux à fabriquer que les dispositifs de l'art antérieur, plus fiable et plus résistant à l'usure, à la corrosion, etc. Avantageusement, ladite structure porte au moins deux pales déformables, le mouvement de translation de ladite structure par rapport audit fluide, dans la direction dudit axe, déforme chacune desdites pales dans une configuration dans laquelle ledit mouvement de translation génère une force de poussée sur chacune desdites pales entrainant ladite structure en rotation autour dudit axe, dans un sens de rotation identique quand ledit mouvement de translation est dans un sens ou dans l'autre sens. D'autres configurations mettant en oeuvre un plus grand nombre de pales sont également possibles. Préférentiellement, ladite structure comporte deux pales axialement symétriques, par rapport audit axe. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, lesdites pales sont constituées par des plaques souples, fixées à ladite structure par l'un de leurs bords. Un tel mode de réalisation est particulièrement facile à mettre en oeuvre, et permet d'obtenir un mouvement de rotation très régulier. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, lesdites pales sont constituées par un lien souple portant une plaque rigide, ledit lien souple étant fixé à ladite structure. Un tel mode de réalisation, pouvant mettre en oeuvre une plaque rigide présentant un profil d'aile, permet une transformation très efficace du mouvement. De façon avantageuse, ladite structure comporte un mât central s'étendant sensiblement le long dudit axe, et au moins un bras transversal lié audit mât central et portant au moins une pale. Préférentiellement, ladite structure comporte une pluralité de bras transversaux portant chacun au moins une pale La présente invention concerne également un dispositif de récupération de l'énergie des vagues, comprenant un flotteur destiné à être entrainé par des vagues dans un mouvement de translation alternée sensiblement verticale, caractérisé en ce qu'il comprend également un équipement de conversion de mouvement tel que décrit ci-dessus, ladite structure dudit équipement étant pivotante, selon un axe sensiblement vertical, par rapport audit flotteur et immergée sous ledit flotteur, et étant entrainée par ledit flotteur dans ledit mouvement de translation alternée sensiblement verticale. Un tel dispositif de récupération de l'énergie des vagues est très efficace. Il n'a par ailleurs pas besoin d'être fixé à un point fixe, par exemple au sol. Enfin, cet équipement flottant à la surface de l'eau, il peut être relativement discret. Selon un mode de réalisation avantageux, ce dispositif de récupération de 15 l'énergie des vagues comprend des moyens de transformation du mouvement de rotation de ladite structure par rapport audit flotteur en électricité. Selon un autre mode de réalisation avantageux, ce dispositif de récupération de l'énergie des vagues comprend une pompe entrainée par ledit mouvement de rotation de ladite structure par rapport audit flotteur. 20 5. Exposé des figures L'invention sera mieux comprise au vu de la description suivante de modes de réalisation préférentiels, donnée à titre illustratif et non limitatif, et accompagnée des figures parmi lesquelles : la figure 1 représente de façon schématique un dispositif de 25 récupération de l'énergie des vagues selon un premier mode de réalisation de l'invention, mettant en oeuvre un équipement de conversion d'un mouvement de translation en un mouvement de rotation ; les figures 2 et 3 représentent deux variantes de l'équipement de 30 conversion d'un mouvement de translation en un mouvement de rotation ; les figures 4A, 4B et 4C représentent en vue de dessus trois variantes de l'équipement de conversion d'un mouvement de translation en un mouvement de rotation. 6. Description de modes de réalisation de l'invention Dispositif de récupération de l'énergie des vagues La figure 1 représente de façon schématique un dispositif de récupération de l'énergie des vagues selon un mode de réalisation de l'invention. Ce dispositif de récupération de l'énergie des vagues comprend un flotteur 1, flottant à la surface de l'eau 9. Ce flotteur 1 est avantageusement attaché par des amarres pour l'empêcher de dériver ou de tourner sur lui-même. De telles amarres peuvent par exemple lier entre eux plusieurs dispositifs de récupération de l'énergie des vagues selon l'invention, et former ainsi un réseau réparti sur un espace de mer. Les amarres peuvent, de façon avantageuse, être associées à des câbles permettant de transmettre l'énergie électrique produite par les dispositifs de récupération de l'énergie des vagues. Les vagues se déplaçant à la surface de l'eau 9 entraînent le flotteur 1 dans un mouvement de va-et-vient vertical, représenté par la flèche 10. Ce flotteur 1 porte un arbre 2 immergé s'étendant sensiblement verticalement sous le flotteur 1. Un lest peut être prévu à l'extrémité inférieure de l'arbre 1, pour le maintenir en position verticale. Cet arbre 2 est monté pivotant, autour de son axe 20, par rapport au flotteur 1. Ce pivotement peut par exemple être assuré par des roulements ou des paliers. Ainsi, l'arbre 2 est solidaire du flotteur 1 dans son mouvement de va-et-vient vertical représenté par la flèche 10 mais peut pivoter, autour de son axe 20, par rapport au flotteur 1. L'extrémité supérieure de cet arbre 2 est liée au rotor d'un générateur d'électricité 3, qui est situé dans le flotteur 1, et dont le stator est solidaire du flotteur 1. Ainsi, le générateur d'électricité 3 peut convertir en électricité le mouvement de rotation de l'arbre 2 par rapport au flotteur 1. Cette électricité peut par la suite être transportée par des câbles, qui peuvent par exemple être associés aux amarres tenant le flotteur 1. Selon une variante possible de l'invention, la rotation de l'arbre 2 peut entraîner le mouvement d'une pompe, par exemple de la pompe d'un système de désalinisation de l'eau de mer. Dans l'une de ses portions immergées, à une profondeur où l'eau ne subit que peu de mouvements liés aux vagues, l'arbre 2 porte un bras transversal 21 s'étendant de part et d'autre de l'arbre 2, dans une direction sensiblement perpendiculaire à cet arbre. Deux pales déformables 4 et 5 sont fixées respectivement à proximité des deux extrémités du bras transversal 21. Ces pales 4 et 5 sont entraînées, avec l'arbre 2, dans le mouvement de va-et-vient vertical représenté par la flèche 10. Chacune de ces pales est au moins partiellement flexible, ce qui fait qu'elle comporte au moins une partie mobile. Elle prend des configurations différentes quand la pale est entraînée dans l'eau vers le bas et quand elle est entraînée vers le haut. Quand la pale 4 ou 5 est entraînée vers le bas par l'arbre 2, la force de réaction de l'eau la pousse vers une configuration de descente, représentée en trait plein sur la figure 1. Quand elle est dans cette configuration, la force de réaction de l'eau sur les pales pendant que le mouvement de descente se poursuit pousse la pale 4, respectivement 5, dans la direction représentée par la flèche 40, respectivement 50. Quand, au contraire, la pale 4 ou 5 est entraînée vers le haut par l'arbre 2, la force de réaction de l'eau la pousse vers une configuration de montée représentée en traits pointillés sur la figure 1. Quand elle est dans cette configuration, la force de réaction de l'eau sur les pales pendant que le mouvement de montée se poursuit pousse la pale 4, respectivement 5, dans les mêmes directions représentées respectivement par les flèches 40 et 50. Ainsi, les mouvements de translation verticale du flotteur 1, vers le haut ou vers le bas, entrainent une poussée des pales 4 et 5, respectivement dans le sens des flèches 40 et 50, ce qui entraîne une rotation de l'arbre 2 dans un sens unique représenté par la flèche 200. Le mouvement oscillant des vagues, générant un mouvement de va-et- vient du flotteur 1, est ainsi converti de façon très simple et efficace en un mouvement de rotation dans un sens unique, qui peut facilement être converti en électricité par le générateur 3. Cette solution mettant en oeuvre des pales flexibles solidarisées fixement au bras transversal lié à l'arbre est plus fiable et efficace que les solutions de l'art antérieur mettant en oeuvre des pales pivotantes. En effet, elle permet d'éviter l'utilisation de mécanismes dont la fabrication et l'entretien sont onéreux, et qui peuvent être peu fiables. Par ailleurs, les pales flexibles permettent de générer un mouvement de rotation plus régulier. Variantes de disposition des pales Dans le mode de réalisation représenté par la figure 1, le bras transversal 21 s'étend de part et d'autre du mât 2 et porte une pale à proximité de chacune de ses extrémités. Cette configuration est représentée, en vue de dessus, par la figure 4A. Il est cependant possible, comme le représentent les figures 4B et 4C, que le mât 2 porte trois bras 22 ou quatre bras 23, répartis angulairement autour du mât 2, et portant chacun une pale à son extrémité. Il est encore possible, bien que peu efficace, qu'un seul bras transversal partant du mât port une pale unique. D'autres modes de réalisation sont possibles, par exemple des modes de réalisation mettant en oeuvre des bras situés à plusieurs hauteurs sur le mât 2, et portant chacun une ou plusieurs pales, de telle sorte que les efforts produits par ces pales 4 soient répartis le plus efficacement possible sur l'arbre 2. Selon un mode de réalisation particulier, l'arbre 2 peut également, de façon avantageuse, être équipé de moyens d'inertie, par exemple d'un volant d'inertie, permettant de réguler au maximum sa vitesse de rotation. Les pales : premier mode de réalisation Du fait de leur flexibilité, les pales déformables 4 et 5 présentent au moins une partie mobile leur permettant de générer une force de poussée dans une même direction quand elles sont entrainées vers le haut et vers le bas. Différents modes de réalisation de telles pales peuvent être mis en oeuvre. Ainsi, dans le mode de réalisation représenté par la figure 1, ces pales 4 et 5 sont constituées par des plaques souples formant des palmes, semblables aux palmes couramment utilisées par les nageurs, fixées au bras 2. La souplesse de ces plaques leur permet alors d'être déformables entre leur position de descente (en traits pleins) et leur position de montée (en traits pointillés). Ainsi, la réaction de l'eau lors d'un mouvement de descente des pales 4 et 5 les entraîne vers leur position de descente, puis génère une force de poussée des pales dans les directions des flèches 40 et 50, perpendiculairement à la direction de descente. De même, la réaction de l'eau lors d'un mouvement de montée des pales 4 et 5 les entraîne vers leur position de montée, puis génère une force de poussée des pales dans les directions des flèches 40 et 50, perpendiculairement à la direction de montée. Ces pales entrainent ainsi le mât 2 en rotation dans un sens unique 200 quand elles se déplacent dans l'eau vers le bas ou vers le haut. Les pales : autres modes de réalisation Les figures 2 et 3 représentent l'équipement de conversion d'un mouvement de translation en un mouvement de rotation, formé par le mât 2, le bras transversal 21 et les pales, avec des pales de types différents. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 2, ces pales 42 et 52 sont constituées par des plaques plus souples, et plus longues. La souplesse de ces plaques leur permet d'onduler dans l'eau quand le mât 2 subit un mouvement de va-et-vient dans une direction verticale. Elles prennent alors des positions différentes quand le mât descend dans l'eau (position de descente représentée en traits pleins) et quand il monte (position de montée représentée en traits pointillés). Le mouvement ondulatoire de ces pales 42 et 52 génère une poussée dans les directions 40 et 50, et entraine ainsi le mât 2 en rotation dans un sens unique 200 quand le mât se déplace dans l'eau vers le bas ou vers le haut. De telles pales présentent l'avantage de convertir le mouvement de va-et-vient vertical du mât en un mouvement de rotation très régulier. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 4, ces pales sont constituées par des liens flexibles 44 et 54, fixées au bras transversal 21 et portant des plaques rigides 43 et 53 pouvant présenter un profil d'aile. La souplesse des liens flexibles 44 et 54 permet aux plaques 43 et 53 d'être mobiles entre leur position de descente (en traits pleins) et leur position de montée (en traits pointillés). Ainsi, ces pales déformables, constituées des liens flexibles et des plaques, se déplacent dans les directions 40 et 50, et entraînent ainsi le mât 2 en rotation dans un sens unique 200 quand elles se déplacent dans l'eau vers le bas ou vers le haut. De telles pales convertissent le mouvement de va-et-vient vertical du mât en un mouvement de rotation avec une grande efficacité. Il est à noter que de telles pales déformables, constituées des liens flexibles et des plaques, pourraient avantageusement être également utilisées dans d'autres contextes, indépendamment de l'équipement de conversion de mouvement objet de l'invention. De telles pales pourraient par exemple être mise en oeuvre pour la fabrication de palmes pour des nageurs. L'homme du métier peut encore imaginer un grand nombre de solutions alternatives pour fabriquer des pales déformables, présentant au moins une partie flexible de telle façon que leur déplacement dans l'eau, en montée ou en descente, génère une force de poussée de la pale dans une même direction, perpendiculaire à la direction de montée ou de descente. Autres applications de l'équipement de conversion de mouvement L'équipement de conversion du mouvement de translation d'une structure dans un fluide en un mouvement de rotation, qui est mis en oeuvre dans le dispositif de récupération de l'énergie des vagues représenté à la figure 1, peut également être mis en oeuvre par l'homme du métier dans d'autres situations dans lesquelles il peut être utile de convertir un mouvement de translation alterné d'un équipement dans un fluide, ou d'un fluide autour d'un équipement, en un mouvement de rotation de l'équipement dans un sens unique. Cet équipement comprend la structure qui est ici constituée par l'arbre 2 et le bras transversal 21, montée pivotante autour de l'axe 20, et plongée dans le fluide. Dans d'autres modes de réalisation possibles, cette structure peut présenter d'autres configurations. Elle porte au moins une pale déformable éloignée de l'axe 20, et dont au moins une partie est mobile de façon à ce qu'un mouvement du fluide dans la direction de cet axe 20 , dans un sens ou dans l'autre, génère une force de poussée de la pale dans une même direction, ne passant pas par l'axe 20 et non parallèle à cet axe. Cette force de poussée entraine donc l'arbre 2 en rotation dans un sens unique, que le fluide se déplace dans un sens ou dans l'autre par rapport à la structure. REVENDICATIONS1. Equipement de conversion d'un mouvement de translation d'une structure, par rapport à un fluide, en un mouvement de rotation de cette structure, ledit équipement comprenant ladite structure, montée pivotante autour d'un axe (20), et plongée dans ledit fluide, caractérisé en ce que ladite structure porte au moins une pale (4, 5, 42, 52) déformable, fixée à un point de ladite structure éloignée dudit axe, ladite pale (4, 5, 42, 52) présentant au moins une partie flexible de telle sorte que le mouvement de translation de ladite structure par rapport audit fluide, dans la direction dudit axe (20), déforme ladite pale (4, 5, 42, 52) dans une configuration dans laquelle ledit mouvement de translation génère une force de poussée sur ladite pale, entrainant ladite structure en rotation autour dudit axe (20), dans un sens de rotation identique quand ledit mouvement de translation est dans un sens ou dans l'autre sens. 2. Equipement de conversion de mouvement selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite structure porte au moins deux pales (4, 5, 42, 52) déformables, le mouvement de translation de ladite structure par rapport audit fluide, dans la direction dudit axe, déformant chacune desdites pales dans une configuration dans laquelle ledit mouvement de translation génère une force de poussée sur chacune desdites pales entrainant ladite structure en rotation autour dudit axe (20), dans un sens de rotation identique quand ledit mouvement de translation est dans un sens ou dans l'autre sens. 3. Equipement selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite structure comporte deux pales (4, 5, 42, 52) axialement symétriques, par rapport audit axe. 4. Equipement de conversion de mouvement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites pales sont constituées par des plaques souples (4, 5, 42, 52), fixées à ladite structure par l'un de leurs bords.5. 6. 7. 8. 20 9. 25 10. Equipement de conversion de mouvement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que lesdites pales sont constituées par un lien souple (44, 54) portant une plaque rigide (43, 53), ledit lien souple étant fixé à ladite structure. Equipement de conversion de mouvement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite structure comporte un mât central (2) s'étendant sensiblement le long dudit axe (20), et au moins un bras transversal (21) lié audit mât central (2) et portant au moins une pale. Equipement de conversion de mouvement selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite structure comporte une pluralité de bras transversaux (21) portant chacun au moins une pale Dispositif de récupération de l'énergie des vagues, comprenant un flotteur ( 1) destiné à être entrain par des vagues dans un mouvement de translation alternée sensiblement verticale (10), caractérisé en ce qu'il comprend également un équipement de conversion de mouvement selon l'une quelconque des revendications précédentes, ladite structure dudit équipement étant pivotante, selon un axe sensiblement vertical (20), par rapport audit flotteur (1) et immergée sous ledit flotteur (1), et étant entrainée par ledit flotteur (1) dans ledit mouvement de translation alternée sensiblement verticale. Dispositif de récupération de l'énergie des vagues selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de transformation du mouvement de rotation de ladite structure par rapport audit flotteur (1) en électricité. Dispositif de récupération de l'énergie des vagues selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend une pompe entrainée par ledit mouvement de rotation de ladite structure par rapport audit flotteur (1).