Brevet FR3021366A1 — publié le 20151127

Système hydrolien constitué par une turbine et une structure porteuse, présentant des éléments de positionnement s'emboitant et des moyens guidant l'emboîtement des éléments. Le domaine de l'invention est celui de la conception et de la 5 fabrication des systèmes hydroliens. Plus précisément, l'invention concerne une technique de montage d'une turbine sur sa structure porteuse. 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 structure porteuse présentant un élément ascendant tronconique mâle formant un premier organe d'emboîtement, la turbine présentant au moins un élément descendant femelle tronconique 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 descendue en direction de la structure porteuse de façon relativement précise pour faire coïncider l'axe de l'élément tronconique de la turbine avec celui de la 20 structure porteuse. Or, il est difficile d'obtenir une telle précision à des profondeurs pouvant atteindre 50 mètres, ceci étant rendu encore plus complexe de par la présence des courants marins qui dévient la turbine de sa trajectoire idéale par rapport à la structure porteuse. L'invention a notamment pour objectif de pallier les inconvénients 25 de l'art antérieur. Plus précisément, l'invention a 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. 30 En ce sens, l'invention a également pour objectif de réduire les temps 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 un élément ascendant formant un deuxième organe d'emboîtement 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, la turbine présente des moyens de guidage de l'élément descendant et de l'élément ascendant, caractérisé en ce que les moyens de guidage comprennent une perche s'étendant à partir du premier organe 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. 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 contribue de lui-même au positionnement de la turbine par rapport à la structure porteuse, grâce aux moyens de guidage. Comme cela va apparaître plus clairement par la suite, ces moyens de guidage se déclinent en deux types de moyens 25 complémentaires, à savoir : - des moyens de guidage en phase d'approche de la turbine par rapport à la structure porteuse ; des moyens de guidage final au moment de l'emboîtement de la turbine avec la structure porteuse. 30 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 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. Parallèlement, 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, la perche s'étend à partir du premiers organe d'emboîtement 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 15 ascendant. Selon un mode de réalisation avantageux, l'élément ascendant de la structure porteuse prend la forme d'une colonne cylindrique. Une colonne cylindrique s'avère en effet optimisée quant à la forme des surfaces exposées aux courants marins. 20 Dans ce cas, l'élément ascendant présente une concavité tronconique délimitée par des moyens de centrage constituant le deuxième organe d'emboîtement, l'élément descendant comprenant une partie mâle tronconique destinée à coopérer avec les moyens de centrage. 25 Bien entendu, d'autres formes des organes complémentaires destinés à s'emboiter pourront être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. A titre d'exemple, il est également concevable que la partie mâle soit portée par l'élément ascendant tandis que l'élément femelle est alors présenté par la turbine. 30 En tout état de cause, de tels moyens de guidage interviennent dans la phase finale de guidage de l'élément ascendant avec l'élément descendant, c'est-à-dire juste avant l'emboîtement et pendant l'emboîtement. Ainsi, on optimise l'assise de la turbine sur la structure porteuse, ceci par l'intermédiaire d'une zone de contact de type surface contre 5 surface. 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 : 10 la figure 1 est une représentation schématique d'ensemble d'un système hydrolien selon l'invention ; les figures 2 à 5 sont des représentations schématiques d'un système hydrolien selon l'invention, illustrant des étapes successives d'une première configuration de 15 guidage final de la turbine par rapport à la structure porteuse ; les figures 6 à 9 sont des représentations schématiques d'un système hydrolien selon l'invention, illustrant des étapes successives d'une deuxième configuration de 20 guidage final de la turbine par rapport à la structure porteuse. En référence à la figure 1, un système hydrolien selon l'invention comprend : d'une part, une turbine 1, comprenant un corps 11 portant 25 un rotor 10, et ; d'autre part, une structure porteuse 2, incluant des moyens de liaison au sol, et étant destiné à supporter la turbine 1 en immersion. Selon un mode de réalisation préféré, la structure porteuse 1 est 30 du type tripode et comprend un châssis 20 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. En outre, la structure porteuse présente un élément ascendant 22, s'étendant à l'intérieur du périmètre défini par les moyens de liaison 21, et préférentiellement positionné de façon équidistante de chacun des moyens de liaison 21. La turbine 1 présente quant à elle, sous la partie ventrale 110 du corps 11 de la turbine, un élément descendant 12. Selon le principe de l'invention, l'élément descendant de la turbine forme un premier organe d'emboîtement et l'élément ascendant 22 de la structure porteuse forme un deuxième organe d'emboîtement complémentaire du premier organe d'emboîtement en vue de coopérer avec celui-ci. En outre, la turbine et la structure porteuse incluent des moyens 15 de guidage de l'élément descendant et de l'élément ascendant l'un vers l'autre. Tel qu'illustré par la figure 1, l'élément ascendant 22 de la structure porteuse prend la forme d'une colonne cylindrique, présentant à son extrémité supérieure, ou au voisinage de celle-ci, un deuxième 20 organe d'emboîtement. Selon le présent mode de réalisation, la colonne cylindrique présente au voisinage de son extrémité supérieure des moyens de centrage 220, à l'intérieur de la colonne, délimitant une concavité tronconique 221. 25 L'élément descendant 12 de la turbine comprend quant à lui une partie mâle tronconique 120, destinée à coopérer avec la cavité tronconique 221 à l'intérieur de la colonne cylindrique. Tel que cela apparaît sur les figures 1 à 4, la cavité tronconique 221 est donc destinée à accueillir la partie mâle tronconique 120 de la 30 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 sous le corps de la turbine. De plus, le système hydrolien selon le principe de l'invention comprend des moyens de guidage de l'élément descendant vers l'élément ascendant, ces moyens de guidage prenant la forme d'une perche 121 s'étendant à partir du premier organe d'emboîtement constitué par la partie mâle tronconique 120 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 120 dans la concavité tronconique 221. Selon un mode de réalisation préférentiel, la perche 121 s'étend à 10 partir de la partie mâle tronconique sur une distance D k 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. 15 Selon la configuration illustrée par les figures 2 à 5, la partie mâle tronconique 120 de la turbine est coaxiale avec la cavité tronconique 221 de la colonne cylindrique de la structure porteuse. En opérant la descente de la turbine à vitesse lente par rapport à la structure porteuse, la perche 121 s'engage dans la cavité tronconique 20 de la colonne cylindrique, puis dans la colonne cylindrique, jusqu'à ce que la partie mâle tronconique vienne au contact des moyens de centrage 220. En poursuivant la descente de la turbine, la partie mâle tronconique s'engage dans les moyens de centrage 220 de la colonne, de façon à amener progressivement la partie mâle tronconique de façon 25 emboîtée dans la cavité tronconique. On note que la partie mâle tronconique 120 présente une conicité égale à celle de la partie d'extrémité supérieure de la colonne, de sorte que la paroi externe de la partie mâle tronconique épouse la paroi interne de la partie d'extrémité supérieure une fois les éléments descendant et 30 ascendant emboîtés. Les figures 6 à 9 illustrent une autre configuration proche de la turbine par rapport à la structure porteuse, dans laquelle la partie mâle tronconique de la turbine est décalée axialement par rapport à la cavité tronconique 221 de la colonne cylindrique de la structure porteuse. Dans ce cas, lors de la descente de la turbine à vitesse lente par rapport à la structure porteuse, l'extrémité 1210 de la perche 121 va venir tout d'abord en contact des moyens de centrage 220. En poursuivant la descente de la turbine, l'extrémité 1210 de la perche glisse contre la surface des moyens de centrage 220 de la colonne, puis s'engage dans la colonne cylindrique de la structure porteuse. La poursuite de l'engagement de la perche dans la colonne cylindrique se poursuit jusqu'à ce que l'extrémité 1210 de la perche arrive au contact de la surface interne de la colonne cylindrique (figure 8). La poursuite de la descente de la turbine se traduit par un glissement de l'extrémité 210 contre la surface interne de la colonne cylindrique, 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 120 dans la cavité tronconique 221, jusqu'à les amener en coaxialité.20 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, la structure porteuse (2) présente au moins un élément ascendant (22) formant un deuxième organe d'emboîtement 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), la turbine présente des moyens de guidage de l'élément descendant (12) vers l'élément ascendant (22), caractérisé en ce que les moyens de guidage comprennent une perche (121) s'étendent à partir de l'élément descendant 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. 2. Système hydrolien selon la revendication 1, caractérisé en ce que la perche s'étend à partir du premier organe d'emboîtement coaxialement à celui-ci et sur une distance D k 2 H. 3. Système hydrolien selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément ascendant (22) de la structure porteuse prend la forme d'une colonne cylindrique. 4. Système hydrolien selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément ascendant (22) présente une concavité tronconique (221) délimitée par des moyens de centrage (220) constituant le deuxième organe d'emboîtement, et en ce que l'élément descendant (12)comprend une partie mâle tronconique (120) destinée à coopérer avec les moyens de centrage (220).