Brevet FR3022595A1 — publié le 20151225

Hydrolienne comportant des pâles associées à un racloir pour le nettoyage de leurs surfaces. 1. Domaine de l'invention L'invention concerne la conception et la fabrication d'une hydrolienne destiné à être immergé dans des eaux chargées en particules. Plus précisément, l'invention concerne un appareil de nettoyage de pâles d'hydrolienne permettant d'enlever des éléments s'accrochant sur les pâles. 2. Art antérieur De nos jours, de nombreux dispositifs utilisant des énergies renouvelables produisent de l'énergie électrique tels que des panneaux photovoltaïques convertissant le rayonnement solaire en courant électrique, des éoliennes transformant l'énergie cinétique du vent en énergie électrique, des hydroliennes utilisant les courants marins comme source d'énergie cinétique. Les hydroliennes peuvent être placées en surface, et de préférence au fond de l'eau pour ne pas gêner la circulation, à des emplacements où le flux marins générés par les vagues ou les courants est le plus important. Dans certains océans, l'eau est fortement chargée en particules et notamment avec des algues. Des organismes vivants se déplacent au gré des courants et se fixant sur les roches se développent en absorbant leur nourriture dans l'eau. Des grilles empêchent les objets et organismes d'une taille minimale de heurter les éléments mobiles et notamment les pâles. Mais, en dessous d'une certaine taille, les organismes peuvent entrer en contact avec les pâles et les abimer. Pour éviter les contacts, la grille de protection peut disposer d'un maillage fin. Cependant, au bout d'un certain temps, les algues s'accumulent sur la grille et finissent par détourner le flux du courant vers les cotés de l'hydrolienne. Dans ce cas, détecté par exemple par une perte d'efficacité de l'équipement, il est nécessaire de procéder au nettoyage. Celui peut s'effectuer à l'occasion d'une maintenance de l'appareil par des plongeurs sous-marins. Les techniciens descendent sur l'éolienne et démonte la grille pour la nettoyer ainsi que les 3022595 2 surfaces de pâles. Cette opération est dangereuse pour le personnel et très couteuses. D'autres solutions permettent de remonter l'hydrolienne à la surface à l'aide d'un flotteur et, une fois la maintenance effectuée de la faire redescendre à la même position sous l'eau. Mais ces équipements augmentent considérablement 5 le prix et entraînent d'avoir un élément flottant à la surface, ce qui nuit à la navigation. Des solutions existent pour automatiser le nettoyage des grilles au moins. Le brevet FR2948423, publié le 28 Janvier 2011 décrit une hydrolienne posée au fond de l'eau dotée d'un axe horizontal supportant les pâles. La chambre 10 contenant les pâles est protégée par des grilles pour les protéger des objets encombrants flottants qui pourraient s'y accumuler spécialement en rivière, et des mammifères marins. Des scarificateurs nettoient les grilles des objets s'accumulant dessus et les renvoient en arrière par rapport au courant. Ce dispositif ne permet pas de nettoyer les éléments à l'intérieur, de sorte 15 que de petits animaux peuvent passer les grilles et se fixant sur les pâles, croître en taille. Au bout d'un certain temps, leurs poids déséquilibrent le rotor et diminue l'efficacité de l'hydrolienne et provoque un vieillissement accéléré. 3. Objectifs de l'invention 20 L'invention a notamment pour objectif de pallier les inconvénients de l'art antérieur. Plus précisément, l'invention a pour objectif de proposer une hydrolienne ayant un dispositif simple, performant et peu coûteux de nettoyage de pâles. 25 4. Exposé de l'invention Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à l'invention qui a pour objet une hydrolienne comportant une pluralité de pâles longiformes centrées autour d'un axe horizontal, destinée à être immergée dans un milieu aquatique animé par un courant marin. Le courant marin provoque 30 la rotation desdites pâles et dudit axe. Chaque pâle est associée à un racloir exerçant un contact sur la surface de la pâle associé et se déplaçant 3022595 3 alternativement d'une extrémité de la pâle vers l'autre extrémité. Le déplacement du racloir s'effectue dans une direction sensiblement verticale, et est provoqué par une force s'exerçant sur le racloir qui est extérieure à l'hydrolienne. Ainsi, grâce à l'invention, les pâles de l'hydrolienne sont constamment 5 nettoyées, ce qui évite toute intervention manuelle à ce niveau. Le racloir utilisé ne génère pas de maintenance particulière et n'augmente pas le prix global de l'hydrolienne de façon significative. Selon un premier mode de réalisation, la force déplaçant vers le haut le racloir le long de la pâle est la pression de l'eau, le racloir ayant une flottabilité 10 positive. De cette manière, le déplacement vers le haut du racloir s'effectue sans consommer d'énergie et sans utiliser d'élément mécanique. Selon une variante de réalisation, la force déplaçant vers le bas le racloir le long de la pâle est la pression de l'eau, le racloir ayant une flottabilité positive. De cette manière, le déplacement vers le haut du racloir s'effectue sans consommer 15 d'énergie et sans utiliser d'élément mécanique. Selon un mode particulier de réalisation, chaque pâle comporte une butée en son extrémité, le déplacement du racloir étant arrêté par ladite butée lorsque ledit racloir arrive au voisinage de l'extrémité de la pâle. De cette manière, les racloirs restent sur leurs pâles respectives. 20 Selon un mode particulier de réalisation, la butée comporte un amortisseur qui est en contact avec le racloir lorsque ledit racloir arrive au voisinage de l'extrémité de la pâle. De cette manière, les chocs entre le racloir et la butée sont amortis et ne fragilise pas l'ensemble en rotation. Selon un mode particulier de réalisation, chaque pâle comporte une gorge 25 pratiquée longitudinalement dans son épaisseur, ladite gorge ayant une ouverture sensiblement rectiligne et une partie évasée au fond, une structure dotée d'une pluralité de roues roule dans la partie évasée et supporte le racloir par un arbre de jonction. De cette manière, le racloir est guidé dans son déplacement et la pression s'exerçant sur la surface de la pâle est mieux contrôlée. 30 Selon un mode particulier de réalisation, chaque racloir comporte un élément souple qui vient en contact avec la surface de la pâle. De cette manière, 3022595 4 l'élément raclant reste en contact avec la surface de la pâle quelque soit le profil de sa surface. Selon un mode particulier de réalisation, à partir d'une valeur déterminée de vitesse de rotation, la force centrifuge maintient les racloirs aux extrémités des 5 pâles. En dessous de cette valeur déterminée, le mouvement du racloir entre l'extrémité de la pâle et l'axe horizontal s'effectue. De cette manière, le racloir n'est pas toujours en fonctionnement, limitant ainsi son usure. Selon un mode particulier de réalisation, l'hydrolienne comporte un dispositif pour ralentir l'axe horizontal en-dessous de la valeur déterminée de 10 vitesse de rotation, ledit dispositif étant activé régulièrement pendant une période déterminée. De cette manière, l'hydrolienne peut contrôler les moments où le nettoyage des pâles intervient. 5. Liste des figures 15 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier, donné à titre de simple exemple illustratif et non-limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels : la figure 1 est un schéma d'une hydrolienne vue de profil selon un 20 exemple de réalisation de l'invention, les figures 2.a, 2.b et 2.c montre des vues de face de la position des hélices et des racloirs selon un exemple préféré de réalisation de l'invention, la figure 3 illustre une variante de réalisation de l'invention où les 25 racloirs sont montés sur une structure glissant ou roulant dans une gorge, la figure 4 présente une section transversale de la pale montrant un exemple de structure supportant un racloir, la figure 5 présente une section longitudinale de la pale montrant un 30 exemple particulier de réalisation de la structure roulante. 3022595 5 6. Description d'un mode de réalisation de l'invention 6.1 Principe général La présente invention consiste en un hydrolienne comportant une pluralité de pâles longiformes centrées autour d'un axe horizontal. L'hydrolienne est 5 immergée dans un milieu aquatique animé par un courant marin qui provoque la rotation desdites pâles et dudit axe. Chaque pâle est associée à un racloir exerçant un contact sur la surface de la pâle associé et se déplaçant alternativement d'une extrémité de la pâle vers l'autre extrémité. Le déplacement du racloir s'effectue dans une direction sensiblement verticale, et est provoqué par une force s'exerçant 10 sur le racloir qui est extérieure à l'hydrolienne. Ainsi, il est possible d'assurer un nettoyage permanent des pâles de l'hydrolienne sans intervenir manuellement sur l'équipement et sans utiliser de moyens complexes et/ou couteux pour effectuer ce travail. 15 6.2 Description d'un mode de réalisation particulier La Fig. 1 présente un schéma d'une hydrolienne 1 vue de profil posée sur un fond marin 2, au large des cotes bretonnes par exemple. L'hydrolienne comporte une base 3, de préférence en béton conçue pour maintenir l'hydrolienne en position verticale même en cas de courants marins (représentés par des flèches 20 ondulées sur la figure) de forte amplitude. La base est surmontée d'un bâti 4 supportant un axe de rotation supportant les pâles 5 et fixé au rotor d'une turbine 6. Les pâles 5 sont longiformes, une extrémité étant reliée à l'axe horizontal du rotor, l'autre extrémité étant libre. L'hydrolienne 1 est posée sur le fond marin et orientée pour être face au courant marin dominant. Le courant exerce une pression 25 sur les pâles dont la surface est en oblique par rapport à la direction du courant, provoquant ainsi la rotation de l'axe en présence d'un courant marin. La turbine 6 récupère l'énergie cinétique de la rotation de l'axe et la transforme en énergie électrique. Une grille de protection 7 empêche les plus gros objets flottants de percuter les éléments rotatifs, et notamment les animaux tels que les mammifères 30 marins. Des câbles électriques 8 relient l'hydrolienne à une centrale électrique. Une centrale reçoit généralement l'énergie provenant de tout un parc 3022595 6 d'hydroliennes et la transmet sous la forme d'une haute tension au réseau électrique. L'exemple décrit par la figure 1 n'exclue en rien d'autres modes de réalisation, et notamment le cas où l'hydrolienne est immergée entre deux eaux et 5 maintenue immobile par des câbles reliés vers le fond à des poids et vers la surface par les éléments ayant une flottabilité positive. De même, l'hydrolienne peut être placée en mer (eau salée) ou dans des rivières (eau douce). L'invention se caractérise notamment par la présence d'un racloir 9 associé à chaque pâle de l'hydrolienne. Un racloir est une pièce entourant la pâle 10 associé 5, sa surface interne épousant la surface externe de la pâle de façon à être constamment en contact sans la serrer. Un léger jeu de quelques millimètres autorise un déplacement avec un minimum de frottement. L'invention prévoit que le racloir 9 se déplace d'une extrémité des pâles 5 de l'hydrolienne vers l'autre extrémité dans une direction sensiblement verticale, le déplacement étant 15 provoqué par une force s'exerçant sur le racloir qui est extérieure à l'hydrolienne. Des butées 10 sont disposées à l'extrémité libre de chaque pâle, afin d'empêcher les racloirs de se séparer de leurs pâles associées. Les Fig. 2.a, 2.b et 2.c présentent la position des racloirs associés à chaque pâle selon l'angle de rotation du rotor. Selon l'exemple illustré par ces figures, 20 l'hydrolienne dispose de trois pâles, ce nombre peut varier selon les modèles d'hydroliennes. Les trois pâles sont notées Pl, P2 et P3, deux pâles définissant un secteur angulaire de 120° avec l'axe de rotation pour centre. Dans le mode de réalisation illustré par ces trois figures, la force déplaçant vers le haut le racloir le long de la pâle 5 est la pression de l'eau, le racloir ayant une flottabilité positive. 25 En d'autres termes, quel que soit la position de la pâle, le racloir a tendance à glisser le long de celle-ci pour se rapprocher de la surface. La Fig. 2.a montre la pâle Pl avec son extrémité libre dirigée vers la surface (c'est à dire vers le haut), et l'extrémité reliée à l'axe est dirigée vers le bas. A l'inverse, les pâles P2 et P3 ont leurs extrémités libres sensiblement 30 dirigées vers le bas et leurs extrémités reliées à l'axe sont dirigées vers la surface (c'est à dire vers le haut). Les trois racloirs 9 ayant une flottabilité positive vont se 3022595 7 positionner le plus haut possible le long de la pâle. Dans le cas de Pl : au niveau de son extrémité libre, et dans le cas de P2 et P3, au niveau de son extrémité la plus proche de l'axe de rotation. La Fig. 2.b montre la position des trois pâles après une rotation de 90°. 5 Les flèches montrent le mouvement des racloirs sur chaque pâle. Le racloir de la pâle Pl se déplace vers l'axe de rotation car c'est cette extrémité qui est maintenant la plus proche de la surface. Le racloir de la pâle P3 se déplace vers l'extrémité libre car c'est cette extrémité qui est maintenant la plus proche de la surface. 10 La Fig. 2.c montre la position des trois pâles après une rotation de 90° environ. Les flèches montrent le mouvement des racloirs sur chaque pâle. Le racloir de la pâle P2 se déplace vers l'extrémité libre de P2 car c'est cette extrémité qui est maintenant la plus proche de la surface. On comprend facilement qu'à la suite d'une rotation complète, les trois 15 racloirs vont alternativement se déplacer d'une extrémité de la pâle associée à l'autre extrémité, et vont nettoyer les faces avant et arrière de leur pâle associée. Selon une variante de réalisation, la force déplaçant vers le bas le racloir 9 le long de la pâle 5 est la gravité, le racloir ayant dans ce cas une flottabilité négative. En d'autres termes, quel que soit la position de la pâle, le racloir a 20 tendance à glisser le long de celle-ci pour descendre vers le fond marin. Le choix de l'une ou de l'autre variante est notamment dicté par la vitesse de rotation et par le poids des pâles. Si celles-ci sont lourdes, le poids du racloir est minime et n'occasionne pas un balourd trop important selon sa position sur la pâle. Outre la pression de l'eau et la gravité, la force centrifuge due à la rotation 25 s'exerce aussi sur les racloirs et tend à les repousser tous vers l'extrémité opposée à l' axe de rotation. Mais compte tenu de la faible vitesse de rotation des hydroliennes (une centaine de tours par minute), cette force est négligeable par rapport aux deux autres. Selon un perfectionnement, les racloirs possèdent une flottabilité 30 légèrement positive, d'une densité de 0.9 par exemple, pour que la poussée d'Archimède soit assez faible. De cette façon, la force centrifuge devient 3022595 8 importante lorsque le rotor tourne à vitesse nominale et maintient les racloirs aux extrémités des pâles. Par contre, lorsque le rotor tourne à petite vitesse, la flottabilité est prépondérante par rapport à la force centrifuge, ce qui autorise le mouvement de raclement sur les pâles. La rotation à petite vitesse intervient 5 lorsque le courant marin est faible, à l'étal par exemple, ou lorsque l'hydrolienne dispose d'un moyen pour ralentir la rotation des pâles. Si le courant est permanent au cours d'une longue période, un jour entier par exemple, l'hydrolienne peut provoquer un ralentissement pendant une courte période pour effectuer le nettoyage. De cette façon, les racloirs ne sont pas toujours en mouvement sur la 10 pale et s'usent moins longtemps. De plus, les chocs des racloirs au niveau des butées interviennent moins souvent et sont moins puissants. Selon un perfectionnement, des amortissements sont placées sur la butée et à proximité du rotor pour être au contact avec chaque racloir 9 lorsque celui-ci atteint les limites de son déplacement. De cette façon, les chocs sont amortis. 15 Selon un mode simple de réalisation, les amortisseurs sont constitués d'une matière souple, du caoutchouc par exemple recouvrant un coté des butées 10 et à proximité immédiate du rotor. Selon un perfectionnement illustré par la Fig. 3, le racloir est guidé dans son déplacement par une gorge 20 pratiquée longitudinalement dans la pâle 5. Le 20 fond de la gorge s'étend en largeur en formant une section rectangulaire, l'ouverture de la gorge étant rectiligne et pratiquée dans la partie la plus épaisse de la pâle. Selon un mode simple de réalisation, une tige cylindrique courte coulisse dans le fond de la gorge, un arbre de jonction fixé perpendiculairement à cette tige assure la liaison mécanique avec l'élément raclant sur la pâle, cet arbre 25 de jonction passant à travers l'ouverture de la gorge. Selon une variante de réalisation, des roues 21 sont montées sur une structure roulant à l'intérieur de la gorge. Les roues viennent en contact avec les parois intérieures de la gorge 20 de façon à n'autoriser qu'un seul mouvement de liberté, l'arbre de jonction sortant de la gorge étant maintenu perpendiculaire au plan défini par la surface moyenne de 30 la pâle 5. La Fig. 4 présente une section transversale de la pale 5 montrant la gorge 20 s'étendant dans une direction normale au dessin. La structure roulant 3022595 9 dans la gorge comporte deux jeux de 4 roues, les quatre axes étant reliés à un arbre de jonction 22 dont une extrémité est fixé au racloir 9. La gorge ne débouche pas à l'extrémité de la pâle constituant ainsi une butée naturelle. La Fig. 5 présente une section longitudinale de la pale 5. On peut voir la 5 section évasée de la gorge 20 s'étendant d'une extrémité de la pâle à l'autre. Selon un perfectionnement, le racloir 9 comporte un élément souple 23 qui vient en contact avec la surface de la pâle 5, et qui suit ainsi les variations de forme de la surface de la pâle d'une extrémité à une autre. Cet élément souple 23 est typiquement une lèvre fine en élastomère, résistant à l'au salée. La fixation de 10 l'élément souple s'effectue par insertion dans une rainure du racloir, facilitant ainsi son changement. Ce perfectionnement est particulièrement utile lorsque la pâle n'a pas la même section entre les deux extrémités, un élément souple est alors nécessaire pour assurer un contact permanent avec la surface de la pâle. 15 L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits. En particulier, l'invention peut être mise en oeuvre par toute hydrolienne placée en mer ou en rivière, et fournissant une énergie sous la forme d'un courant électrique ou un flux hydraulique. REVENDICATIONS1. Hydrolienne (1) comportant une pluralité de pâles longiformes (5) centrées autour d'un axe horizontal, destinée à être immergée dans un milieu aquatique animé par un courant marin, ledit courant marin provoquant la rotation desdites pâles et dudit axe ; caractérisé en ce que chaque pâle (5) est associée à un racloir (9) exerçant un contact sur la surface de la pâle associé et se déplaçant alternativement d'une extrémité de la pâle vers l'autre extrémité, le déplacement du racloir s'effectuant dans une direction sensiblement verticale, le déplacement étant provoqué par une force s'exerçant sur le racloir qui est extérieure à l'hydrolienne. 2. Hydrolienne (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la force déplaçant vers le haut le racloir le long de la pâle (5) est la pression de l'eau, le racloir ayant une flottabilité positive. 3. Hydrolienne (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la force déplaçant vers le bas le racloir (9) le long de la pâle (5) est la pression de l'eau, le racloir ayant une flottabilité positive. 4. Hydrolienne (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque pâle comporte une butée (10) en son extrémité, le déplacement du racloir (9) étant arrêté par ladite butée (10) lorsque ledit racloir arrive au voisinage de l'extrémité de la pâle. 5. Hydrolienne (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la butée comporte un amortisseur qui est en contact avec le racloir (9) lorsque ledit racloir arrive au voisinage de l'extrémité de la pâle. 6. Hydrolienne (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, 3022595 11 caractérisé en ce que chaque pâle comporte une gorge (20) pratiquée longitudinalement dans son épaisseur, ladite gorge ayant une ouverture sensiblement rectiligne et une partie évasée au fond, une structure dotée d'une pluralité de roues roule dans la partie évasée et supporte le racloir 5 (9) par un arbre de jonction. 7. Hydrolienne (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque racloir comporte un élément souple (23) qui vient en contact avec la surface de la pâle (5). 10 8. Hydrolienne (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à partir d'une valeur déterminée de vitesse de rotation, la force centrifuge maintient les racloirs (9) aux extrémités des pâles (5), et qu'en dessous de cette valeur déterminée, le mouvement du racloir entre 15 l'extrémité de la pâle et l'axe horizontal s'effectue. 9. Hydrolienne (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'elle comporte un dispositif pour ralentir l'axe horizontal en-dessous de la valeur déterminée de vitesse de rotation, ledit dispositif étant activé 20 régulièrement pendant une période déterminée.