Brevet FR3021622A1 — publié le 20151204

La présente invention concerne les dispositifs de sécurité dans le domaine maritime destinés à repérer et à signaler la nuit tout objet en mer tel qu'une ancre ou un obstacle, par exemple un filet de pêche, et concerne en particulier un dispositif lumineux flottant auto-adaptatif. Il existe déjà des dispositifs flottants tels que des bouées lumineuses constituées d'une partie immergée reliée à l'objet à signaler et une partie émergée ayant la forme d'un dôme dans lequel se trouve un organe éclairant. Une telle bouée qui est décrite dans le document EP 0394593 comprend une batterie d'alimentation pour alimenter en énergie électrique l'organe éclairant de manière à ce que la bouée puisse fonctionner tant que la batterie a une charge suffisante. La bouée mentionnée ci-dessus n'est pas entièrement autonome puisqu'elle nécessite que la batterie soit rechargée ou remplacée lorsqu'elle est déchargée. Ce problème a été résolu dans le document US 4809458 qui décrit une bouée lumineuse alimentée par une batterie rechargée automatiquement à partir d'un panneau solaire adapté pour convertir l'énergie solaire en énergie électrique. Malheureusement, dans une bouée lumineuse du type de celle décrite dans le document US 4809458, le panneau solaire est dimensionné en fonction de la consommation théorique due à l'éclairage pendant un temps fixe. Pour que le système soit autonome, le panneau solaire devrait fournir une énergie minimale alors que l'apport d'énergie du panneau solaire dépend du niveau d'éclairement qui est fonction de la météo (ciel Nuageux ou clair), de l'angle d'incidence des faisceaux du soleil avec le panneau solaire (Horaire et localisation), du rendement du panneau solaire qui est fonction de la température ambiante. Par conséquent, la bouée lumineuse décrite dans le document US 4809458, bien qu'autonome en théorie, ne l'est pas 35 en pratique puisqu'elle ne tient pas compte des paramètres liés à l'environnement. Pour garantir un fonctionnement autonome 3021622 2 quelles que soient les conditions environnementales, il faudrait un panneau solaire ayant des dimensions surdimensionnées. Comme ce n'est pas économiquement souhaitable ou techniquement possible, la consommation d'énergie électrique 5 due à l'éclairage de la bouée sera donc supérieure à la quantité d'énergie fournie par le panneau solaire et la bouée ne sera plus en mesure d'assurer sa fonction de balisage pendant toute la durée nécessaire. C'est pourquoi le but principal de la présente invention 10 est de fournir un dispositif lumineux flottant auto-adaptatif tel qu'une bouée tenant compte des paramètres liés à l'environnement de la bouée. L'objet principal de l'invention est donc un dispositif lumineux flottant auto-adaptatif comprenant une partie immergée 15 reliée à un obstacle à signaler et une partie émergée éclairée pendant la nuit par un organe éclairant, une batterie d'alimentation fournissant l'énergie électrique audit organe éclairant et un panneau solaire pour convertir pendant le jour l'énergie solaire en énergie électrique destinée à recharger la 20 batterie. Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de gestion adapté pour calculer, avant allumage dudit organe éclairant, la quantité d'énergie électrique adéquate à fournir à l'organe éclairant durant la nuit suivante en fonction de l'état de charge de la batterie. 25 Un autre objet de l'invention est un ponton flottant formé d'une pluralité de modules flottants dont l'un au moins est un dispositif ayant les caractéristiques mentionnées ci-dessus. D'autres buts, objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui 30 suit faite en référence aux dessins dans lesquels : la figure 1 représente schématiquement une bouée selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention avec ses différents composants; et la figure 2 représente un bloc-diagramme fonctionnel de la 35 bouée représentée sur la figure 1. 3021622 3 En référence à la figure 1, une bouée lumineuse selon l'invention est composée d'une partie immergée 10 de forme conique, cylindrique, sphérique ou autre qui comprend à sa partie inférieure un anneau 12 dans lequel passe un câble (ou 5 une chaîne) relié à l'obstacle dont on désire signaler la présence, et d'une partie émergée 14, ici en forme de dôme qui est la partie lumineuse de la bouée. A noter que la partie immergée pourrait être cylindrique, sphérique ou de tout autre forme. 10 La partie émergée 14 est de préférence en matériau translucide de manière à ce qu'elle paraisse entièrement lumineuse grâce à un organe éclairant (non montré) situé à l'intérieur. La partie immergée 10 comprend une encoche 16 permettant 15 l'introduction d'une platine 18 comportant un panneau solaire 20, toute la partie électronique 22 à l'intérieur ainsi qu'une batterie d'alimentation (non montrée) pour fournir l'énergie électrique, et deux joints 24-1 et 24-2 placés à chaque extrémité destinés à caler la platine 18 à l'intérieur de la 20 bouée. A noter que, dans d'autres modes de réalisation, la platine 18 contenant le panneau solaire 20 et la partie électronique 22 peuvent être installés différemment, par exemple en introduisant la platine dans la bouée par le dessus 25 avant que la partie émergée 14 ne soit installée. Bien que, dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, la partie émergée soit un dôme, elle pourrait avoir tout autre forme, par exemple une forme de pyramide. En référence à la figure 2 représentant un bloc-diagramme 30 fonctionnel de la bouée, un composant essentiel est un dispositif de gestion de la bouée 30 comprenant essentiellement un microprocesseur ou un microcontrôleur et son logiciel associé connecté à tous les composants de la bouée, à savoir la batterie 32, le panneau solaire 20, l'organe éclairant 34, une horloge 36, un capteur de lumière 38 et un capteur de 3021622 4 température 40. A noter que la base de temps du microprocesseur ou du microcontrôleur peut servir d'horloge. La batterie 32 est de préférence une batterie au lithium encore appelée LI-Ion ou LiPo qui a la propriété d'avoir à ses 5 bornes une tension qui est une fonction affine de son état de charge. Cette propriété est essentielle dans la mesure où l'état de charge de la batterie est une caractéristique importante de la bouée selon l'invention. Par conséquent, en fin de soirée du jour N, la mesure précise de la tension de la 10 batterie donnera l'état de charge de la batterie en pourcentage de sa capacité théorique. A noter que le capteur de température 40 est indispensable pour la gestion de la batterie 32 de manière à ce que cette dernière ait une durée de vie maximale. 15 A noter également que la batterie doit avoir une capacité suffisante pour lisser les aléas météorologiques, par exemple 5 nuits de fonctionnement ou plus. En outre, il faut choisir un point de fonctionnement visé qui sera le pourcentage de la charge de la batterie que l'on souhaite garder comme réserve. 20 L'énergie électrique fournie la nuit à l'organe éclairant 34 provient de la batterie 32 qui est alimentée pendant le jour par le panneau solaire 20, une cellule photovoltaïque classique, qui recueille l'énergie solaire et la transforme en énergie électrique. 25 L'organe éclairant 34 est de préférence une diode électroluminescente (LED), colorée ou blanche, alimentée en basse tension d'environ 2 à 4 volts, mais pourrait être composé de plusieurs diodes électroluminescentes. L'éclairage fourni par la l'organe éclairant est fonction de la durée prévue de la 30 nuit qui suit le jour N pour consommer une proportion de l'énergie disponible. Son extinction a lieu après une durée d'éclairage correspondant à la durée de la nuit calculée ou dès que le seuil bas d'intensité lumineuse reçu par le panneau solaire ou le capteur de lumière 38 est atteint. 3021622 5 A noter que la durée prévisionnelle de la nuit suivante est calculée en extrapolant l'évolution de la durée de la nuit sur plusieurs jours. L'horloge ou la base de temps du microprocesseur ou du 5 microcontrôleur est utilisée pour déterminer les intervalles de temps dont se sert le dispositif de gestion 30. Enfin, le capteur de lumière 38 est utilisé pour mesurer la durée de la nuit, mesure qui est nécessaire pour le calcul de la puissance électrique d'éclairage à appliquer à la 10 l'organe éclairant. En effet, l'intensité d'éclairage de l'organe éclairant est calculée en faisant le rapport entre l'énergie moyenne disponible, c'est à dire l'énergie moyenne reçue sur plusieurs jours pour s'affranchir des conditions météo, et la durée de la nuit suivante, multiplié par un 15 coefficient correcteur qui dépend de l'écart entre la réserve actuelle d'énergie de la batterie et l'énergie nécessaire pour le point de fonctionnement visé. A noter que la puissance d'éclairage à appliquer est augmentée ou diminuée suivant que l'état de charge de la batterie est supérieur ou inférieur à 20 l'énergie nécessaire au point de fonctionnement visé. On peut analyser le fonctionnement de la bouée sur 2 niveaux successifs. Le premier niveau est la fonction de base de la bouée, à savoir utiliser la source d'énergie qu'est la batterie pour fournir durant la nuit une émission de lumière 25 correctement visible. Le second niveau consiste à choisir pour la nuit prochaine un scénario plus ou moins coûteux en énergie, essentiellement fonction de la quantité d'énergie stockée en fin de journée. En régime établi, on ne dépense en moyenne pas plus la nuit que 30 l'on n'emmagasine d'énergie le jour. Le scénario utilisé fait partie d'un groupe de scénarios qui sont mémorisés dans la mémoire du dispositif de gestion 30. Leur coût énergétique théorique est connu, Ceux qui consomment le moins utilisent un faible éclairage de la LED, qui s'allume 35 tard et s'éteint tôt. Ceux qui consomment le plus utilisent une plus grande durée d'éclairage, et utilisent plus de courant 3021622 6 traversant la LED. Au stade intermédiaire, les scénarios donneront un courant plus élevé en début et en fin de nuit, et plus faible quant il fait nuit noire. Pour estimer avec précision les consommations de chaque scénario, il faut avoir 5 un bon estimatif de la durée de la nuit. Cette durée est mesurée à l'aide du capteur de lumière 38. La moyenne des durées mesurées des précédentes nuits est un estimatif correct. Une fois les scénarios classés par ordre croissant d'énergie consommée, le choix le plus simple consiste à choisir 10 un scénario inférieur, égal ou supérieur à celui de la nuit précédente en fonction de la comparaison de la charge batterie mesurée en fin de journée avec le point de fonctionnement visé. On a aussi un estimatif instantané, c'est la quantité de charge reçue au cours de la journée précédente. L'utilisation de cette 15 donnée permet de converger plus rapidement vers l'état cherché. Le choix du point de fonctionnement n'est pas trivial. Trop bas, on sous-exploite la réserve d'énergie ; trop haut, on risque de ne pas pouvoir stocker toute l'énergie diurne, ce qui impose en moyenne de tourner à l'économie avec un scénario 20 faible. Il faut se garder l'énergie d'une bonne journée d'été entre le point de fonctionnement et le 100% de charge. Donc, après quelques journées d'adaptation, le système remplit sa fonction de premier niveau, c'est à dire éclairer la nuit, en n'utilisant pas plus d'énergie la nuit qu'elle n'en 25 emmagasine le jour, et l'état de charge de la batterie sera voisin d'un point de fonctionnement qui permet un stockage optimal de l'énergie pour subvenir aux éventuelles journées de très mauvais temps qui, si elles sont courtes de surcroît, ne permettent même pas de compenser l'énergie dépensée la nuit par 30 le scénario le moins consommant. A noter que le microprocesseur du dispositif de gestion 30 garde en mémoire un historique quotidien sur plusieurs jours voir plusieurs semaines. Les principales grandeurs mémorisées sont la tension de la batterie, la durée des périodes de jour 35 par utilisation de la cellule photovoltaïque ou du capteur de lumière 38 sur seuil haut d'énergie reçue avec hystérésis, la 3021622 7 durée des périodes d'éclairage nocturne par utilisation de la cellule photovoltaïque ou du capteur de lumière 38 sur seuil bas d'énergie reçue avec hystérésis, la température, ainsi qu'une fonction énergie reçue qui est la différence entre la 5 tension de la batterie en début de jour et la tension de la batterie en fin de jour corrigée des grandeurs d'influences tels que la température. Bien que, dans la description qui précède, le dispositif selon l'invention est une bouée, ce dispositif pourrait être 10 différent comme par exemple un module flottant comprenant toutes les caractéristiques de la bouée décrite ci-dessus ou un ensemble de plusieurs modules flottants formant un ponton flottant, au moins un des modules étant lumineux la nuit. 8 REVENDICATIONS1. Dispositif lumineux flottant auto-adaptatif comprenant une 5 partie immergée (10) reliée à un obstacle à signaler et une partie émergée (14) éclairée pendant la nuit par un organe éclairant (34), une batterie d'alimentation (32) fournissant l'énergie électrique audit organe éclairant et un panneau solaire (20) pour convertir pendant le jour l'énergie solaire en énergie électrique destinée à 10 recharger ladite batterie; ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de gestion (30) adapté pour calculer, avant allumage dudit organe éclairant, la quantité d'énergie électrique à fournir audit organe éclairant durant la nuit suivante en fonction de l'état de 15 charge de ladite batterie. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel, pour calculer ladite quantité d'énergie disponible à fournir audit organe éclairant (34) durant la nuit suivante, ledit dispositif de gestion (30) détermine une estimation de l'énergie reçue dudit panneau 20 solaire (20) le lendemain. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit organe éclairant (34) est composé d'au moins une diode électroluminescente, colorée ou blanche, alimentée en basse tension d'environ 2 à 4 volts. 25 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, dans lequel la puissance d'éclairage à appliquer audit organe éclairant (34) la nuit qui suit le jour N est calculée en faisant le rapport entre l'énergie moyenne reçue sur plusieurs jours, et la durée de la nuit suivante, multiplié par un coefficient correcteur dépend de l'écart entre la 30 réserve actuelle d'énergie de la batterie et l'énergie nécessaire pour le point de fonctionnement visé. 5. Dispositif selon la revendication 1,2 ou 3, dans lequel la puissance d'éclairage à appliquer est augmentée ou diminuée suivant que l'état de charge de la batterie est supérieur ou inférieur à 35 l'énergie nécessaire au point de fonctionnement visé. 9 3021622 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, comprenant en outré un càpteur de lumière (38) utilisé pour mesurer la durée de l'éclairage à appliquer la nuit suivante. 7. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, dans lequel 5 l'extinction dudit organe éclairant (34) a lieu après une durée d'éclairage correspondant à la durée de la nuit calculée ou dès que le seuil bas d'intensité lumineuse reçu par ledit panneau solaire (20) ou le capteur de lumière (38) est atteint. 8. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 7, dans lequel 10 ladite énergie moyenne reçue est mesurée par l'intermédiaire de la différence entre la tension de la batterie au début du jour et la tension de la batterie en fin de jour corrigée des grandeurs d'influences telles que la température. 9. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, dans lequel 15 l'éclairage dudit organe éclairant (34) pendant la nuit qui suit le jour N est déterminé par un scénario mémorisé dans ledit dispositif de gestion (30) qui est choisi en fonction de la quantité d'énergie stockée en fin de journée N, de manière à ne pas utiliser plus d'énergie la nuit que ladite batterie (32) emmagasine d'énergie le 20 jour N. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel l'état de charge de ladite batterie (32) est déterminé par la mesure de la tension à ses bornes. 11. Bouée lumineuse flottante qui est un dispositif selon l'une 25 des revendications 1 à 10. 12. Bouée selon la revendication 11, dont ladite partie émergée (14) est en forme de dôme. 13. Ponton flottant formé d'une pluralité de modules flottants dont l'un au moins est un dispositif selon l'une des revendications 1 30 à 10.