Brevet FR3021367A1 — publié le 20151127

Système hydrolien comprenant des moyens de blocage de l'orientation du corps de la turbine par rapport à la structure porteuse. Le domaine de l'invention est celui de la conception et de la 5 fabrication des systèmes hydroliens. Plus précisément, l'invention concerne des moyens d'orientation et de maintien de l'orientation du corps de la turbine par rapport à la structure porteuse d'une hydrolienne. Selon le principe de l'énergie hydrolien, le courant des marées exerce une force sur les pales des turbines de façon à entrainer en 10 rotation le rotor de celles-ci. Les turbines tournent donc plus ou moins vite en fonction du courant de la marée et/ou des courants sous-marins. Cette rotation entraine un alternateur apte à produire un courant électrique variable, classiquement redressé par un convertisseur offshore, puis relayé vers un réseau par un câble principal. 15 Selon certaines configurations de parc hydrolien, les turbines sont installées à ± 50 m de profondeur et reposent chacune sur une structure porteuse. L'installation du système hydrolien implique donc d'opérer successivement à : 20 - l'installation de la structure porteuse sur le fond marin ; - la mise en place, à ± 50 m de profondeur, de la turbine sur la structure porteuse. Généralement, la structure porteuse présente un berceau ou une forme en tabouret sur lequel ou laquelle la turbine est amenée à être 25 positionnée. La descente et le positionnement de la turbine s'avèrent en pratique être des opérations relativement compliquées, voire périlleuses, en raison des contraintes liées aux paramètres suivants et, a fortiori, à la combinaison des paramètres suivants : 30 profondeur d'installation ; poids de la turbine, qui atteint couramment plusieurs dizaines de tonnes ; - courants marins qui atteignent des vitesses de 3 à 5 m/s aux profondeurs d'installation mentionnées précédemment. Les moyens à mettre en oeuvre pour installer les turbines sont donc complexes, lourds et coûteux. Pour faciliter l'installation de la turbine sur la structure porteuse et permettre de diminuer les temps d'intervention correspondants, il a été proposé par l'art antérieur des systèmes hydroliens constitués par une turbine comprenant un corps portant un rotor et par une structure porteuse incluant des moyens de liaison au sol et destinée à supporter la turbine en immersion, la turbine présentant au moins un élément descendant femelle tronconique formant un premier organe d'emboîtement et la structure porteuse présentant un élément ascendant tronconique mâle formant un deuxième organe d'emboîtement. Ce type de système hydrolien a notamment été décrit par les 15 documents de brevet publiés sous les numéros GB 2 431 628 et DE 10 2008 059 891. Toutefois, lors de l'installation, la turbine doit être orientée dans la direction du courant. Cette orientation est définie et il est prévu en général de ne pas la modifier. Or, une liaison par emboîtement de type 20 tronconique telle que mentionnée précédemment, est par nature une liaison pivot. La turbine peut donc dévier de son orientation sous l'effet des courants marins. Le changement de direction de la turbine peut d'une part diminuer son efficacité et d'autre part causer une usure prématurée des organes d'emboîtement. 25 L'invention a notamment pour objectif de pallier les inconvénients de l'art antérieur. Plus précisément, l'invention a pour objectif de conserver les avantages de la liaison par emboîtement tronconique tout en limitant voir supprimant les effets négatifs induits par cette liaison s'agissant des 30 variations possibles de l'orientation du corps de la turbine. L'invention a aussi pour objectif de proposer un système hydrolien comprenant une turbine et une structure porteuse de la turbine, permettant de faciliter les opérations d'installation de la turbine sur la structure porteuse. Ces objectifs ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite sont atteints grâce à l'invention qui a pour objet un système hydrolien constitué par une turbine comprenant un corps portant un rotor et par une structure porteuse incluant des moyens de liaison au sol et destinée à supporter la turbine en immersion, le corps de la turbine présentant au moins un élément descendant formant un premier organe d'emboîtement, la structure porteuse présente au moins élément ascendant formant un deuxième organe d'emboîtement destiné à coopérer avec le premier organe d'emboîtement selon un axe d'emboîtement, les premier et deuxième organes d'emboîtement étant mâle tronconique et femelle tronconique caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de blocage en rotation de la turbine par rapport à la structure porteuse prenant la forme d'une liaison de type mâle/femelle prenant place sur le corps de la turbine et sur une extrémité supérieure de l'élément ascendant de la structure porteuse, l'engagement de la liaison mâle/femelle étant obtenu selon l'axe d'emboîtement. De cette façon, un système hydrolien selon l'invention facilite l'installation de la turbine sur la structure porteuse selon la bonne orientation et permet de diminuer les temps d'intervention correspondants, l'emboîtement tendant à définir en une seule opération l'orientation du corps de la turbine et le maintien dans l'orientation obtenue. En effet, non seulement le système selon l'invention ne se contente pas de faire reposer la turbine sur une partie de l'élément support comme c'est le cas avec l'art antérieur, ceci par la mise en oeuvre d'une liaison par emboîtement, mais il permet en plus de bloquer la rotation de la turbine sur la structure porteuse une fois le système hydrolien installé. Le système selon l'invention contribue aussi de lui- même à l'orientation dans le sens du courant de la turbine lors de la phase finale d'installation. En outre, on note que, selon le principe de l'invention, les moyens de blocage en rotation de la turbine par rapport à la structure porteuse sont intégrés à la turbine et sur une extrémité supérieure de l'élément ascendant de la structure porteuse. Ces moyens de blocage en rotation sont constitués par des moyens simples de conception et faciles à mettre en oeuvre comme cela va apparaître par la suite. De plus, il est à noter que ces moyens selon l'invention ne nuisent 10 aucunement à la descente de la turbine dans l'eau. Il apparaît clairement que le système selon l'invention facilite donc l'installation de la turbine sur la structure porteuse. Enfin, on peut remarquer que ces moyens selon l'invention ne nécessitent pas d'opération supplémentaire de vissage de la turbine sur 15 la structure porteuse. Les moyens de blocage en rotation exerçant leur action automatiquement lors de l'opération d'installation de la turbine sur la structure porteuse. Selon une solution préférée, les moyens de blocage en rotation de type mâle prennent place sur le corps de la turbine et les moyens de 20 blocage en rotation de type femelle prennent place sur une extrémité supérieure de l'élément ascendant de la structure porteuse. A titre d'exemple, il est également concevable que les moyens de blocage en rotation de type mâle prennent place sur une extrémité supérieure de l'élément ascendant de la structure porteuse et les moyens 25 de blocage en rotation de type femelle prennent place sur le corps de la turbine. Selon un mode de réalisation avantageux les moyens de blocage en rotation se situent sur l'organe d'emboîtement de la turbine. Ces positionnements des moyens de blocage en rotation 30 permettent de diminuer la taille globale des moyens de blocage et permettent ainsi une diminution des remous provoqué par les pièces du système hydrolien, une économie de matière et une simplification du système hydrolien. Selon un autre mode de réalisation avantageux, les moyens de blocage en rotation de type femelle prennent la forme d'un V apte à 5 accueillir le moyen de blocage en rotation de type mâle. La forme en V offre l'avantage de verrouiller les moyens de blocage en rotation de type mâle une fois ces derniers engagés au fond de la forme en V. De plus, cette forme en V des moyens de blocage en rotation présentent aussi l'avantage de permettre un centrage de la 10 turbine dans la direction voulue en phase finale d'installation de la turbine sur la structure porteuse. Selon un mode de réalisation encore plus avantageux, les moyens de blocage en rotation sont au nombre de deux et sont répartis de manière diamétralement opposée. 15 La présence de manière diamétralement opposée de deux moyens de blocage en rotation offre une solution de blocage en rotation encore plus performante, s'agissant en particulier d'assurer l'orientation du corps de la turbine. Selon une solution préférée, le deuxième organe d'emboîtement 20 est apte à accueillir le premier organe d'emboîtement selon un axe d'emboîtement A et sur une hauteur H d'emboîtement le long de l'axe d'emboîtement A, et la turbine présente des moyens de guidage de l'élément descendant vers l'élément ascendant, les moyens de guidage prenant la forme d'une perche s'étendant à partir du premier organe 25 d'emboîtement coaxialement à celui-ci et sur une distance D le long de l'axe d'emboîtement A supérieure ou égale à la hauteur H d'emboîtement. De cette façon le système selon l'invention ne se contente pas de faire reposer la turbine sur une partie de l'élément support comme c'est 30 le cas avec l'art antérieur, ceci par la mise en oeuvre d'une liaison par emboîtement, mais il contribue de plus de lui-même au positionnement de la turbine par rapport à la structure porteuse, grâce à de tels moyens de guidage. Comme cela va apparaître plus clairement par la suite, ces moyens de guidage se déclinent en deux types de moyens 5 complémentaires, à savoir : des moyens de guidage en phase d'approche de la turbine par rapport à la structure porteuse : la perche ; des moyens de guidage final au moment de l'emboîtement de la turbine avec la structure porteuse : les organes 10 d'emboîtement tronconiques. Il apparait donc clairement qu'un système hydrolien ainsi conçu contribue grandement à fournir une assistance à la mise en place la turbine sur sa structure porteuse. En outre, on note que les moyens de guidage en approche de la 15 turbine par rapport à la structure porteuse sont intégrés à la turbine et constitués par des moyens simples de conception et faciles à mettre en oeuvre comme cela va apparaître par la suite. De plus, il est à noter que ces moyens selon l'invention ne nuisent aucunement à la descente de la turbine dans l'eau. 20 Par ailleurs, on note que l'intégration de ces moyens de guidage à la turbine et non à la structure porteuse évite de complexifier la structure porteuse. Selon une solution préférée, les moyens de guidage prenant la forme d'une perche s'étendent à partir du premier organe d'emboîtement 25 coaxialement à celui-ci et sur une distance D 2 H. On améliore de cette façon la phase de pré-guidage de la turbine en direction de la structure porteuse et on positionne donc la turbine par anticipation par rapport à l'organe d'emboîtement de l'élément ascendant. 30 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une vue d'ensemble d'un système hydrolien selon l'art antérieur ; - la figure 2 est une représentation schématique d'un système hydrolien selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une représentation schématique d'un système de blocage en rotation selon l'invention, selon une vue de face ; la figure 4 est une représentation schématique d'un système de blocage en rotation selon l'invention, selon une vue de côté ; - la figure 5 est une représentation schématique d'un système hydrolien selon un autre mode de réalisation de l'invention ; En référence aux figures 1 à 5, un système hydrolien selon l'invention comprend : - d'une part, une turbine 1, comprenant un corps 11 portant un rotor 10, et ; d'autre part, une structure porteuse 2, incluant des moyens de liaison au sol 21, et étant destiné à supporter la turbine 1 en immersion. Selon un mode de réalisation préféré, la structure porteuse 2 est 25 du type tripode et comprend un châssis dont la base est de forme générale triangulaire, présentant à chacun de ses sommets des moyens de liaison au sol 21. Ces moyens de liaisons au sol peuvent être métalliques ou en béton, avec ou sans moyens d'ancrage sur le fond marin. 30 En outre, la structure porteuse 2 présente un élément ascendant 22, s'étendant à l'intérieur du périmètre défini par les moyens de liaison au sol 21, et préférentiellement positionné de façon équidistante de chacun des moyens de liaison au sol 21. La turbine 1 présente quant à elle, sous la partie ventrale du corps 11 de la turbine, un élément descendant 12. L'élément descendant 12 de la turbine 1 forme un premier organe d'emboîtement 121 et l'élément ascendant 22 de la structure porteuse 2 forme un deuxième organe d'emboîtement 221 complémentaire du premier organe d'emboîtement en vue de coopérer avec celui-ci selon un axe d'emboîtement A. Le premier organe d'emboîtement 121 est mâle tronconique et le deuxième organe d'emboîtement 221 est femelle tronconique. Selon une variante envisageable, il est également concevable que le premier organe d'emboîtement 121 soit femelle tronconique et que le deuxième organe d'emboîtement 221 soit mâle tronconique. Selon le principe de l'invention, des moyens de blocage en rotation 13, 23 de la turbine 1 par rapport à la structure porteuse 2 prennent place sur le corps 11 de la turbine 1 et sur une extrémité supérieure de l'élément ascendant 22 de la structure porteuse 2. Ces moyens de blocage en rotation prennent la forme d'une liaison de type mâle/femelle, l'engagement de la liaison mâle/femelle étant obtenu selon l'axe d'emboîtement A. Selon la configuration illustrée par les figures 3 et 4, les moyens de blocage en rotation 13 prenant place sur le corps 11 de la turbine 1 sont de type mâle. Selon une configuration particulière, les moyens de blocage en rotation 13 se situent et s'étendent à partir de l'organe d'emboîtement 121 Selon une configuration préférée, ces moyens de blocage en rotation 13 prennent notamment la forme de pièces cylindriques 30 s'étendant à partir de l'organe d'emboîtement 121. Toujours selon cette configuration, les moyens de blocage en rotation 23 sont de type femelle. Ces moyens de blocage en rotation 23 prennent notamment la forme d'un V apte à accueillir les moyens de blocage en rotation 13 prenant la forme de pièces cylindriques. Ces moyens de blocage en rotation 23 s'étendent à partir de l'élément ascendant 22, en particulier à partir du deuxième organe d'emboîtement 221 Tel qu'illustré par la figure 3, selon un mode de réalisation préférentiel, les moyens de blocage en rotation 13, 23 sont au nombre de deux et sont répartis de manière diamétralement opposée par rapport à l'axe d'emboîtement A. En outre, la turbine et la structure porteuse incluent des moyens de guidage de l'élément descendant 12 et de l'élément ascendant 22 l'un vers l'autre. Tel qu'illustré par les figures 1 à 5, l'élément ascendant 22 de la structure porteuse prend la forme d'une colonne cylindrique, présentant à 15 son extrémité supérieure, ou au voisinage de celle-ci, un deuxième organe d'emboîtement 221. Selon le présent mode de réalisation, l'élément ascendant 22 présente au voisinage de son extrémité supérieure des moyens de centrage délimitant une concavité tronconique formant le deuxième 20 organe d'emboîtement 221. L'élément descendant 12 de la turbine comprend quant à lui une partie mâle tronconique formant le premier organe d'emboîtement 121, destinée à coopérer avec la cavité tronconique du deuxième organe d'emboîtement 221. 25 Tel que cela apparaît sur les figures 1 à 4, la cavité tronconique de l'organe d'emboîtement 221 est donc destinée à accueillir la partie mâle tronconique de l'organe d'emboîtement 121 de la turbine selon un axe d'emboîtement A ceci sur une hauteur H d'emboîtement correspondant sensiblement à la hauteur de la partie mâle tronconique et faisant saillie 30 sous le corps de la turbine. De plus, tel que cela apparaît sur la figure 5, le système hydrolien comprend des moyens de guidage de l'élément descendant 12 vers l'élément ascendant 22, ces moyens de guidage prenant la forme d'une perche 14 s'étendant à partir du premier organe d'emboîtement 121 constitué par la partie mâle tronconique et coaxialement à celui-ci, ceci sur une distance D le long de l'axe d'emboîtement A, cette distance D étant k à la hauteur H d'emboîtement de la partie mâle tronconique dans la concavité tronconique. Selon un mode de réalisation préférentiel, la perche 14 s'étend à partir du premier organe d'emboîtement 121 sur une distance D à 2x la hauteur H d'emboîtement. Le guidage de la phase d'emboîtement de l'élément descendant de la turbine avec l'élément ascendant de la structure porteuse s'opère de la façon suivante. En opérant la descente de la turbine à vitesse lente par rapport à la structure porteuse, la perche 14 s'engage dans la l'organe d'emboîtement 221 de l'élément ascendant 22, puis dans l'élément ascendant 22, jusqu'à ce que les organes d'emboîtements 121, 221 viennent en contact. En poursuivant la descente de la turbine, la partie mâle tronconique de l'organe d'emboîtement 121 de l'élément descendant 12 s'engage et s'emboîte progressivement dans la partie femelle tronconique ou concavité tronconique de l'organe d'emboîtement 221 de l'élément ascendant 22. On note que si l'axe longitudinal de descente de la perche est décalé par rapport à l'axe d'emboîtement A, la perche 14 permet un redressement progressif de l'axe de descente de la turbine. En effet, lors de la descente de la turbine, l'extrémité de la perche 14 glisse contre la surface de l'organe d'emboîtement 221 de la colonne, puis s'engage dans la colonne cylindrique de la structure porteuse. La poursuite de l'engagement de la perche dans l'organe d'emboîtement 221 se poursuit jusqu'à ce que l'extrémité de la perche 14 arrive au contact de la surface interne de l'élément ascendant 22. La poursuite de la descente de la turbine se traduit par un glissement de l'extrémité de la perche 14 contre la surface interne de l'élément ascendant 22, ce qui redresse peu à peu l'axe longitudinal de la perche jusqu'à l'amener en coïncidence avec l'axe d'emboîtement A. La poursuite de la descente de la turbine s'accompagne ainsi de l'emboîtement progressif de la partie mâle tronconique de l'organe 5 d'emboîtement 121 dans la cavité tronconique de l'organe d'emboîtement 221, jusqu'à les amener en coaxialité. En phase finale d'emboîtement, les moyens de blocage en rotation 13 de la turbine 1 vont s'engager dans les moyens de blocage en rotation 23 de la structure porteuse 2. Ces moyens de blocages 13, 23 10 définissent l'orientation de la turbine 1 par rapport à la structure porteuse 2 et ainsi par rapport au sens du courant. On note que la forme en V des moyens de blocage 23 de la structure porteuse 2 permet un centrage terminal la turbine 1. Ce centrage terminal s'effectue par les moyens de blocage 13 de la turbine 1 15 qui vont glisser sur les bords de la forme en V des moyens de blocage 23 jusqu'au fond de la forme en V. On note que la partie mâle tronconique de l'organe d'emboîtement 121 présente une conicité égale à celle de l'organe d'emboîtement 221 l'élément ascendant 22, de sorte que la paroi externe de la partie mâle 20 tronconique de l'organe d'emboîtement 121 épouse la paroi interne de l'organe d'emboîtement 221 une fois les éléments descendant et ascendant emboîtés. 25 REVENDICATIONS1. Système hydrolien constitué par une turbine (1) comprenant un corps (11) portant un rotor (10) et par une structure porteuse (2) incluant des moyens de liaison (21) au sol et destinée à supporter la turbine (1) en immersion, le corps (11) de la turbine (1) présentant au moins un élément descendant (12) formant un premier organe d'emboîtement (121), la structure porteuse (2) présente au moins élément ascendant (22) formant un deuxième organe d'emboîtement (221) destiné à coopérer avec le premier organe d'emboîtement (121) selon un axe d'emboîtement (A), les premier et deuxième organes d'emboîtement (121), (221) étant mâle tronconique et femelle tronconique caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de blocage en rotation (13), (23) de la turbine (1) par rapport à la structure porteuse (2) prenant la forme d'une liaison de type mâle/femelle prenant place sur le corps (11) de la turbine (1) et sur une extrémité supérieure de l'élément ascendant de la structure porteuse (2), l'engagement de la liaison mâle/femelle étant obtenu selon l'axe d'emboîtement (A). 2. Système hydrolien selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de blocage en rotation (13), (23) de type mâle prennent place sur le corps (11) de la turbine (1) et en ce que les moyens de blocage en rotation (13), (23) de type femelle prennent place sur une extrémité supérieure de l'élément ascendant de la structure porteuse (2). 3. Système hydrolien selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de blocage en rotation (13) se situent sur l'organe d'emboîtement (121) de la turbine (1). 4. Système hydrolien selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de blocage en rotation (13), (23) de type femelle prennent la forme d'un V apte à accueillir les moyens de blocage en rotation (13), (23) de type mâle. 5. Système hydrolien selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de blocage en rotation (13), (23) soient au nombre de deux répartis de manière diamétralement opposée. 6. Système hydrolien selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le deuxième organe d'emboîtement (221) est apte à accueillir le premier organe d'emboîtement (121) selon un axe d'emboîtement (A) et sur une hauteur (H) d'emboîtement le long de l'axe d'emboîtement (A), et en ce que la turbine (1) présente des moyens de guidage de l'élément descendant (12) vers l'élément ascendant (22), les moyens de guidage prenant la forme d'une perche (14) s'étendant à partir du premier organe d'emboîtement (121) coaxialement à celui-ci et sur une distance (D) le long de l'axe d'emboîtement (A) supérieure ou égale à la hauteur (H) d'emboîtement. 7. Système hydrolien selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de guidage prennent la forme d'une perche (14) s'étendant à partir du premier organe d'emboîtement (121) coaxialement à celui-ci et sur une distance D k 2 H.