Brevet FR3028895A1 — publié le 20160527

La présente invention se rapporte à un dispositif pour la production d'énergie de type éolienne. De nombreux parcs éoliens, dits off-shore, sont installés ou envisagés en pleine mer. Ces éoliennes présentent des avantages : elles produisent de 15 l'énergie de façon plus régulière et ont un impact beaucoup moins important sur le paysage. Cependant, l'installation de ces éoliennes est coûteuse : l'acheminement sur site et les moyens nécessités pour leur construction sont importants ; les contraintes environnementales sont importantes, notamment les mâts 20 doivent résister aux plus hautes vagues, leur protection contre la corrosion doit aussi être plus importante ; la maintenance est chère tout comme le raccordement à un réseau sous-marin, qui peut être un réseau électrique ou au réseau d'hydrogène, s'il y a des électrolyseurs sur les éoliennes ; et, 25 les conditions météorologiques y sont plus difficiles qu'en pleine terre, les éoliennes devant notamment pouvoir résister à des tempêtes ou des ouragans. 3028895 2 Néanmoins, à plein rendement, toutes choses égales par ailleurs, une telle éolienne peut produire jusqu'à 30% d'énergie en plus qu'une même éolienne installée à terre. 5 Cependant, pour qu'un parc éolien off-shore soit industriellement rentable, il faut que les coûts d'installation et d'entretien en soient diminués et que la disponibilité opérationnelle en soit augmentée. L'invention a pour but de proposer un dispositif destiné à répondre à tout ou partie des inconvénients précités. Pour atteindre son but, l'invention propose une éolienne, caractérisée en ce qu'elle comprend un mât, au moins une nacelle et au moins un rotor porté par la nacelle, cette nacelle étant montée mobile le long du mât, entre une position haute et une position basse. Avantageusement, l'éolienne comprend des moyens pour faire basculer horizontalement le rotor. Ainsi, elle peut comprendre un chariot pour faire basculer le rotor, ce chariot comprenant un manchon et un basculeur, le manchon étant prévu pour se déplacer le long du mât et le basculeur étant articulé avec ledit manchon en rotation autour d'un axe de basculement horizontal. De préférence, le basculeur porte au moins deux rotors latéralement distants deux à deux l'un de l'autre, et de préférence un groupe de quatre rotors. Notamment si elle est installée en mer, l'éolienne peut comprendre une plateforme, au-dessus de laquelle s'élève le mât, au voisinage de laquelle les rotors peuvent être disposés en position basculée. Avantageusement, l'éolienne comprend une protection disposée sur la plateforme et prévue pour protéger les rotors en position basculée. 3028895 3 Selon un autre mode de réalisation, les moyens pour faire basculer horizontalement le rotor peuvent comprendre un mât rabattable. Elle peut aussi comprendre une plateforme disposée de telle sorte que dans la position basse 5 de la nacelle et rabattue du mât, elle permet un accès à la nacelle, notamment pour l'entretien de ladite éolienne. Avantageusement, la plateforme comprend des moyens pour stocker un équipement pour une nacelle, incluant un générateur, au moins une et de 10 préférence quatre pales de rechange, et d'autres pièces de rechange. De préférence, chaque rotor comprend au moins trois pales, de préférence quatre pales. 15 L'éolienne peut en outre comprendre des moyens (8) pour son positionnement en mer. Plusieurs modes d'exécution de l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels : 20 la figure 1 est une vue de face en élévation d'un premier mode de réalisation pour une éolienne selon l'invention, représentée en position haute ; la figure 2 est une vue similaire à celle de la figure 1, dans laquelle 25 l'éolienne est représentée en position basse ; la figure 3 est une vue de profil et en élévation de l'éolienne de la figure 1, dans laquelle elle est représentée en position rabattue ; la figure 4 est une vue en élévation d'un deuxième mode de réalisation pour une éolienne selon l'invention, représentée en position haute ; 3028895 _4 la figure 5 est une vue similaire à celle de la figure 4, dans laquelle l'éolienne est représentée en position basse ; et, la figure 6 est une vue de l'éolienne de la figure 4, dans laquelle elle est représentée en position rabattue. 5 Les figures 1 à 3 illustrent un premier mode de réalisation pour une éolienne selon l'invention, prévue pour fournir de l'électricité à partir du vent. Dans l'exemple illustré, elle est installée en mer. Elle comprend notamment : - un mât 2 ; 10 - un chariot 3 ; - quatre rotors 4 comprenant chacun trois pales 9 ; - une plateforme 5 montée sur pilotis, au-dessus de laquelle le mât s'élève ; et, - une souche 8, à partir de laquelle le mât s'élève et qui lui sert d'encrage 15 dans le fond marin. Comme particulièrement illustré à la figure 3, chaque rotor 4 est porté par une nacelle 6. Cette nacelle comprend, le cas échéant, un motoréducteur entrainé par le rotor et un générateur électrique entrainé par le motoréducteur. Le 20 chariot comprend quatre branches 7, chacune portant à une extrémité une nacelle 6 respective. Le chariot 3 comprend un manchon 11. Le manchon 11 est prévu pour se déplacer verticalement le long du mât entre une position haute PH illustrée à la 25 figure 1 et une position basse PB illustrée à la figure 2. Il est aussi prévu pour pouvoir orienter les rotors, autour du mât, de sorte à ce qu'ils fassent face au vent. Le mât 2 comprend une crémaillère 13 qui sert au déplacement vertical du manchon, donc du chariot 3. La position haute et la position basse, et les positions intermédiaires, sont adaptées à la production électrique. Dans ces 30 positions, l'axe de rotation X4 de chaque rotor 4 est sensiblement horizontal. 3028895 5 Comme particulièrement illustré à la figure 3, le chariot 3 comprend en outre un basculeur 12, articulé avec le manchon 11 en rotation autour d'un axe de basculement X12 horizontal et dans une position perpendiculaire à celle des 5 axes de rotation X4 des rotors 4. Le basculeur 12 est prévu pour basculer autour de l'axe de basculement X12 de sorte que les axes X4 des rotors soient orientés verticalement. C'est une position basculée PE qui est illustrée à la figure 3. Dans la position PE de la figure 3, le chariot est au plus bas le long du mât 2. 10 La position basculée PE de l'éolienne ne permet pas la production d'énergie. Elle est adaptée à l'entretien de l'éolienne, notamment des nacelles et des rotors, facilement accessibles depuis la plateforme 5. La position basculée PE est aussi adaptée à pour mettre l'éolienne 1 en sécurité lors du passage d'une 15 tempête. Elle offre ainsi une moindre prise au vent, et le moment exercé par le vent sur le mât 2 est négligeable. Dans l'exemple illustré à la figure 3, une protection 20 est prévue pour l'équipage 22 formé du chariot 3, des nacelles 6 et des rotors 4, lorsque l'équipage est dans la position basculée PE. 20 La protection 20 comprend deux coques 21 montées mobiles en translation horizontale sur la plateforme et prévues pour se refermer autour du mât 2. Lorsque les coques 21 sont refermées autour du mât, la protection 20 forme un dôme, qui tel un hangar, isole l'équipage 22 des intempéries, augmentant la protection en cas de tempête et offrant de meilleures conditions de travail pour 25 l'entretien de l'éolienne. Dans le mode de réalisation illustré aux figures 1 à 3, les rotors 4 s'inscrivent dans des cercles 24 qui ne se recouvrent pas. Ainsi, il n'est pas utile de synchroniser les rotors pour éviter des interférences entre les pales 9. En outre, 3028895 6 les rotors sont disposés de façon à ce que lors du basculement, les pales ne viennent pas percuter le mât 2. Dans l'exemple illustré aux figures 1 à 3, les rotors sont disposés à l'avant du 5 mât. Les rotors pourraient aussi être disposés à l'arrière, puisque, du fait de l'écartement latéral des rotors, la traînée produite dans le vent à l'arrière du mât a peu d'influence sur leur rendement. Cette disposition permettrait une auto-orientation de l'équipage 22, sous le seul effet du vent. 10 L'éolienne comprend en outre un plancher 26 disposé au sommet du mât, et, au-dessus du plancher des équipements annexes 27, 28. Les équipements illustrés sont un générateur d'électricité solaire 27 et une antenne 28. Le générateur solaire 27 est du type panneau solaire, et prévu pour se positionner automatiquement en fonction du soleil. Il est particulièrement utile en tant que 15 source d'énergie d'appoint, lorsque l'éolienne n'est pas en fonctionnement productif, par exemple lors du basculement. L'antenne peut servir à commander l'éolienne à distance à partir de la terre, de la mer, ou de l'espace, à recueillir des paramètres de fonctionnement, ou à servir de relais pour des communications en mer. Il est particulièrement avantageux de pourvoir 20 commander l'éolienne à distance, afin de pouvoir la mettre en sécurité dans la position basculée PE, lorsqu'une tempête est annoncée. Le générateur solaire 27 peut être à concentrateur ou pas. L'antenne 28 est de préférence parabolique. 25 Outre les avantages précédemment énoncés, ce premier mode de réalisation permet d'utiliser des rotors dont les pales ont une longueur sensiblement égale à la moitié de celle des pales d'une éolienne mono-rotor équivalente de l'art antérieur. Ces rotors sont proportionnellement moins onéreux, plus standards, 3028895 7 et plus faciles d'entretien. En outre, le bruit produit par l'éolienne est bien plus faible. On va maintenant décrire un deuxième mode de réalisation pour une éolienne 5 41 selon l'invention, en référence aux figures 4 à 6, seulement en ce qu'il diffère du premier mode de réalisation. Dans cet exemple, l'éolienne comprend un seul rotor 4 porté par une seule nacelle 6. Selon l'invention, la nacelle 6 est montée mobile verticalement le 10 long du mât 2 entre une position haute PH, illustrée à la figure 4, et une position basse PB, illustrée à la figure 5. La souche 8, sert d'ancrage au mât 2 sur le sol marin. Le mât est articulé à la souche, de sorte qu'il peut prendre une position dressée, illustrée aux figures 4 15 et 5, sensiblement verticale, et une position rabattue, illustrée à la figure 6, sensiblement horizontale. Lorsque le mât est dressé, il est dans une position adaptée à la production d'électricité. Lorsqu'il est rabattu, sa position est adaptée à l'entretien de l'éolienne, notamment à l'entretien de la nacelle ou au remplacement d'une pale 9. 20 Dans l'exemple illustré, la nacelle 3 est déportée latéralement relativement au mât 2. Cette disposition est particulièrement avantageuse, puisqu'à aucun moment, une pale ne se trouve alignée devant le mât, ce qui limite l'apparition d'efforts cadencés résultant de ce passage à intervalles réguliers. De tels 25 efforts sont susceptibles d'engendrer de la fatigue et une usure prématurée de l'éolienne. Ce dispositif est plus particulièrement intéressant pour un rotor à quatre pales, dont le rendement est théoriquement meilleur, mais dont deux pales seraient sinon simultanément alignées avec le mât. 3028895 - 8 - Comme particulièrement illustré à la figure 6 la souche 8 forme une chape dans laquelle le mât est articulé autour d'un axe de basculement X8. Dans le prolongement du mât, au-delà de l'axe X8, l'éolienne comprend en outre un contrepoids 52. Le contrepoids forme un ensemble sensiblement rigide avec le 5 mât. Son poids est tel qu'il équilibre sensiblement l'équipage formé du mât et de la nacelle, lorsque la nacelle est en position basse, ce qui limite le poids du contrepoids 8. Dans la position rabattue illustrée à la figure 6 le mât est sensiblement allongé 10 au-dessus de la plateforme de sorte que la nacelle, et notamment les pales 9, sont accessibles aisément depuis la plateforme. L'entretien de l'éolienne en est ainsi facilité. La position rabattue peut aussi être utilisée lorsqu'une tempête exceptionnelle 15 est annoncée, pour limiter les efforts du vent et des vagues sur le mât. Les dispositions des deux modes de réalisation présentés sont particulièrement avantageuses. En effet, la vitesse, et parfois la direction du vent, varient en fonction de l'altitude. Le vent est généralement freiné par la rugosité de la 20 surface de la mer, de sorte qu'il est plus lent lorsqu'on se rapproche de cette surface. Ainsi, lorsque le vent est trop fort pour permettre d'utiliser l'éolienne dans la position haute, il peut être encore possible de l'utiliser en position basse. 25 Il est aussi possible de prévoir un mât plus haut que dans les éoliennes dont les rotors ont une altitude fixe. En effet, même dans des conditions de vent faible, il est ainsi possible d'aller chercher un vent plus fort plus haut (+40%, par exemple), tout en sachant que le ou les rotors peuvent être descendus et sécurisés lorsque le vent se renforce. 30 3028895 9 De ce fait, on augmente notablement la plage d'utilisation et donc le temps d'utilisation d'une éolienne selon l'invention, relativement à une éolienne à altitude fixe, puisque l'on peut produire de l'électricité dans des conditions de vent plus fortes, en position basse et dans des conditions de vent plus faibles, 5 grâce à un mât plus haut. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation préférés qui viennent d'être décrits, mais au contraire l'invention est définie par les revendications qui suivent. 10 Il apparaîtra en effet à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. 15 Ainsi, notamment dans le cas du premier mode de réalisation, il peut être prévu des moyens pour stocker une pale de rechange sur, ou dans la plateforme, ce qui limite notablement la durée de la mise hors service de l'éolienne lorsqu'une pale est endommagée. On peut même stocker autant de pales qu'un rotor en comprend. Cela évite aussi de mobiliser des moyens de transports 20 spéciaux pour acheminer de façon urgente une pale de remplacement, ce qui peut être très long et couteux lorsque l'éolienne est installée en haute mer. La disponibilité opérationnelle de l'éolienne en est ainsi augmentée. Pour un meilleur rendement, on peut préférer un entraînement direct du 25 générateur par les pales, sans motoréducteur. De telles dispositions peuvent être adaptées à une éolienne terrestre, notamment l'articulation du mât, ce qui permet de faciliter le montage ou le changement d'une pale. 30 REVENDICATIONS1. Eolienne (1,51), caractérisée en ce qu'elle comprend - un mât (2) ; - au moins une nacelle (6) ; et, - au moins un rotor (4) porté par chaque nacelle ; ladite nacelle étant montée mobile le long du mât, entre une position haute (PH) et une position basse (PB). 2. Eolienne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (X12, X8) pour faire basculer horizontalement le rotor. 3. Eolienne (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend un chariot (3), ledit chariot comprenant un manchon (11) et un basculeur (12), ledit manchon étant prévu pour se déplacer le long du mât et ledit basculeur étant articulé avec ledit manchon en rotation autour d'un axe de basculement (X12) horizontal, ledit basculeur portant en outre au moins deux rotors latéralement distants deux à deux l'un de l'autre, de préférence un groupe de quatre rotors. 4. Eolienne selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une plateforme (5), au-dessus de laquelle s'élève le mât, au voisinage de laquelle lesdits rotors peuvent être disposés en position basculée (PE). 5. Eolienne selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une protection (20) disposée sur la plateforme et prévue pour protéger les rotors en position basculée (PE). 3028895 6. Eolienne selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens pour faire basculer horizontalement le rotor comprennent un mât rabattable. 7. Eolienne selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle 5 comprend en outre une plateforme (5) disposée de telle sorte que dans la position basse de la nacelle et rabattue du mât, elle permet un accès à la nacelle, notamment pour l'entretien de ladite éolienne. 8. Eolienne selon l'une des revendications 4, 5 ou 7, caractérisée en ce 10 que la platefornie comprend des moyens pour stocker une pale de rechange. 9. Eolienne selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que chaque rotor comprend au moins trois pales, de préférence quatre pales. 15 10. Eolienne selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (8) pour son positionnement en mer.