Brevet FR3027352A1 — publié le 20160422

FORCE MOTRICE SUR UN ENSEMBLE IMMERGE DANS UN LIQUIDE La présente invention concerne un dispositif et un procédé de production d'électricité. Il est bien connu de transformer de l'énergie mécanique en énergie électrique. Cependant, l'énergie mécanique est généralement produite à partir d'une force motrice extérieure telle qu'un débit d'eau, de vent ou de vapeur. Ces sources d'énergies extérieures sont limitées généralement de par leurs lieux géographiques, leurs débits et leurs durées d'approvisionnements. La présente invention propose une alternative à ces sources d'énergies extérieures en vue de produire de l'électricité. L'utilisation de la poussée d'Archimède permet de fournir une force motrice continue et d'installer le dispositif de la présente invention dans tout plan d'eau, douce ou salée, naturel ou artificiel. Ainsi, la présente invention concerne un dispositif de production d'électricité comprenant un levier pivotant autour d'un axe horizontal. La position horizontale correspond à une position sensiblement parallèle au sol et/ ou au plan du liquide. Le levier et l'axe peuvent être avantageusement connectés par un roulement de type roue libre. Ce levier comprend une partie immergée dans un liquide tandis que son extrémité est connectée à une enceinte motrice. Cette dernière est elle même connectée à un groupe compresseur d'air, Par ailleurs, cette enceinte motrice est apte à contenir du liquide et de l'air comprimé. Ce levier peut ainsi osciller entre une position basse et une position haute, générant un mouvement de rotation du dit axe, le dit axe est au moins relié directement ou indirectement à un alternateur afin de produire de l'électricité. Archimède découvrit que « tout corps immergé dans un fluide subit une poussée verticale, dirigée de bas en haut, égale au poids du fluide déplacé. » II en découle que, si le poids du corps immergé est inférieur au poids de liquide déplacé, il est repoussé vers le haut avec une force d'autant plus grande que son volume est plus important. De plus, dans le cadre d'un système utilisant un levier, pour un même volume déplace, plus la longueur du levier est importante et plus la force motrice générée, est élevée. Par conséquent, il est possible de moduler la force motrice, en adaptant le volume de l'enveloppe et la taille du levier. Un levier barre rigide, mobile autour d'un point fixe, est soumis à deux forces qui tendent à le faire tourner en sens opposés. On appelle ces forces la puissance et la résistance. Le levier dont le point d'appui est situé entre la puissance et la résistance, est un levier du premier genre. Selon les longueurs relatives du bras de puissance et du bras de résistance, ils peuvent déplacer une grande résistance à l'aide d'une faible puissance ou encore déplacer une résistance sur une grande distance à l'aide d'une puissance dont le déplacement est plus petit. Au cours du fonctionnement du levier, les bras jouent le rôle de résistance et de puissance alternativement lors des phases de descentes et de montées du levier. Lors de la rotation du levier, les forces impliquées se déplacent dans les directions opposées. En effet, lorsque la puissance s'abaisse, la résistance s'élève et vice versa. La présente invention concerne également un procédé de production d'électricité comprenant les étapes d'alimentation d'air comprimé dans une enceinte motrice en position basse, d'élévation du levier, de la rotation de l'axe, de l'échappement d'air comprimé de l'enceinte motrice en position haute, du remplissage de l'enceinte motrice en position haute de liquide et de la descente du levier. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention se dégageront de 25 la description qui va suivre en regard des dessins annexés qui ne sont donnés qu'a titre d'exemples non limitatifs. La figure 1 est une vue en coupe verticale H-H d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. La figure 2 est une vue de dessus du dispositif de l'invention. 30 Les figures 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g et 3h sont des vues schématiques selon une coupe verticale H-H, illustrant le fonctionnement du dispositif dans ses différentes étapes. La figure 4 est une vue simplifiée selon P d'une variante du dispositif comprenant une pluralité de dispositifs. Le dispositif (1) de production d'électricité de la présente invention comprend au moins un levier (2) pivotant autour d'un axe horizontal (X, X'), ce dit levier (2) comprenant au moins une partie immergée (2a) dans un liquide (L) tandis que son extrémité (2c) porte une enceinte motrice (3) montée pivotante sur cette extrémité (2c) autour d'un axe horizontal (Y, Y'). Par ailleurs, ce dit levier (2) peut osciller entre une position basse et une position haute, générant un mouvement de rotation du dit axe horizontal (X, X'), le dit axe est au moins relié directement ou indirectement à un alternateur afin de produire de l'électricité. L'enceinte motrice (3) est constituée par une enveloppe ayant la forme d'une cloche d'axe de symétrie générale (V, V') ouverte vers le bas (BA), tandis qu'elle comprend un lest (6). Précisons que le lest (6) est placé sous le niveau de l'axe de pivotement (Y, Y') afin de maintenir l'axe de symétrie générale (V, V') de l'enceinte motrice (3) dans une position verticale telle qu'illustrée sur les figures. La position verticale correspond à une position sensiblement perpendiculaire au niveau du liquide. Selon une caractéristique préférée de l'invention, l'enceinte motrice (3) comprend une paroi (14) constituée par une enceinte ouverte (15) vers le bas (BA) permettant l'alimentation et l'échappement du liquide. Selon une autre caractéristique préférée de l'invention, l'enceinte motrice (3) est connectée à l'extrémité du levier (2c) par un moyen de 25 connexion (7) de manière à ce que l'enceinte motrice (3) ait une libre rotation. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le pivotement de l'enceinte motrice (3) est réalisé grâce à une chape disposée à l'extrémité du levier (2c). Selon une possibilité offerte par l'invention, le moyen de connexion (7) 30 permet à l'enceinte motrice (3) immergée d'avoir une libre rotation et de rester, grâce au lest (6), sensiblement en position verticale lors des montées et descentes du levier (2). L'enceinte motrice (3), selon certain mode de réalisation peut être rigide ou extensible. Selon une caractéristique, l'enceinte motrice (3) comprend un matériau rigide non extensible, de telle sorte que son volume reste constant ou sensiblement constant lors des montées et descentes du levier. Selon une autre caractéristique offerte par l'invention, l'enceinte motrice (3) comprend un matériau extensible de telle sorte que le volume 10 varie lors de l'alimentation en air comprimé, de son échappement et lors du remplissage par le liquide. Il est entendu que l'enceinte motrice (3) selon l'invention peut être sous toute forme, par exemple en forme de cloche. Selon le mode préféré de l'invention le lest est par exemple une bague 15 de forte densité. Un lest désigne un corps lourd qui déplace le centre de gravité de l'objet lesté. Par ailleurs, selon un mode de réalisation de l'invention, le lest (6) est positionné en partie basse de la dite enceinte motrice (3). 20 L'enceinte motrice est connectée à au moins un compresseur d'air (5) par des canalisations (12) assurant la circulation de l'air par un ensemble d'électrovanne(s) (10). L'alimentation en air comprimé au point bas et l'échappement au point haut sont avantageusement réalisés par une électrovanne double flux 25 ou par deux électrovannes (10a, 10b) responsables chacune de l'alimentation et de l'échappement de l'air comprimé de l'enceinte motrice (3). Il est entendu que l'air comprimé peut être substitué par du gaz comprimé. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, ces canalisations (12) de circulation sont soit libres, soit fixées, soit intégrées au levier. Ces canalisations (12) sont fixées par tous moyens connus du domaine des fixations. Selon un mode de réalisation, l'électrovanne (10b) responsable de l'échappement de l'air comprimé de l'enceinte motrice (3) est connectée à une pompe permettant de faciliter l'échappement de l'air de l'enceinte et le remplissage de cette dernière par le liquide (L). Selon une possibilité offerte par l'invention, le dispositif comprend 10 une cuve de stockage d'air sous pression. Selon une autre possibilité offerte par l'invention, l'échappement de l'air de l'enceinte motrice (3) est réalisé soit dans l'atmosphère soit vers la cuve de stockage d'air sous pression. Ajoutons que selon une caractéristique de l'invention, le levier (2) est 15 connecté à l'axe horizontal (X, X') par un roulement de type roue libre (4). Le roulement de type roue libre (4) permet d'actionner la rotation de l'axe horizontal (X, X'), dans un sens unique, lors des remontées du levier (2). L'axe horizontal (X, X') est généralement solidaire de la partie intérieure du roulement de type roue libre (4). Le levier (2) est généralement solidaire de la 20 partie extérieure du roulement de type roue libre (4). L'axe horizontal (X, X') est avantageusement connecté à un support (13) permettant la libre rotation de celui-ci, par exemple par des paliers (11). Une roue d'inertie peut être assemblée à l'axe horizontal (X, X') lissant le mouvement de rotation. 25 Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif (1) est fixé au sol, c'est à dire à la terre ferme. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif (1) selon l'invention est fixé sur des flotteurs dans le cas d'installation sur un plan d'eau. Selon une possibilité offerte par l'invention, la partie non-immergée du levier (2b) comprend une masse (9), la position de la dite masse (9) est réglable sur la longueur de la dite partie non-immergée du levier (2b). Le réglage du déplacement de la masse (9) sur la dite partie non- immergée du levier (2b) peut être réalisé à l'aide de vérin, de vis sans fin, de crémaillère, etc. Cette action contribue à moduler la fréquence des cycles de montées et de descentes du levier et ainsi de faire varier la motricité produite par le dispositif de l'invention. Dans certains modes de réalisation, le levier (2) en tant que tel peut jouer le rôle de masse (9). Selon d'autres modes de réalisation, le levier (2) est mobile, avantageusement par coulissement, dans une structure telle qu'une cage, généralement solidaire de la partie extérieure du roulement de type roue libre (4). Ainsi, la modification de la longueur de la partie non-immergée du levier (2b) et a fortiori de la partie immergée (2a) modifie la force transmise à l'axe horizontal (X, X'), dans un sens comme dans l'autre. Selon une autre possibilité offerte par l'invention, afin de faciliter la descente, l'ensemble levier/enceinte motrice, vide d'air, rempli d'eau, a une densité supérieure à 1, mais proche de 1, préférentiellement inférieur à 1,5, plus préférentiellement inférieur à 1,2, pour ne pas gêner la remontée du levier en position haute. Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif comprend une butée (8) de position basse du levier. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le dispositif (1) 25 comprend une pluralité de leviers (2), de préférence de 2 à 15, plus préférentiellement de 3 à 10. En effet, l'utilisation de plusieurs leviers permet d'assurer la continuité de la motricité, et ainsi de la production d'énergie. Il est entendu dans ce qui suit, qu'une enceinte motrice (3) est utilisée en combinaison d'un levier (2) et qu'une pluralité d'enceintes motrices (3) est 30 utilisée en combinaison avec une pluralité de leviers (2). Il est également envisageable de combiner plusieurs enceintes motrices (3) avec un seul levier (2). Avantageusement, la montée et la descente de chaque levier (2) est réalisée en décalé, afin que la rotation de l'axe soit constante ou quasi-constante. Selon une caractéristique de l'invention le levier (2) a une longueur 5 comprise entre 3 et 15 mètres, préférentiellement entre 4 et 10 mètres. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'enceinte motrice (3) a avantageusement un volume compris entre 0,01 et 10 mètres cubes. L'axe horizontal (X, X') est avantageusement relié à une turbine, à un alternateur et à une génératrice afin de produire de l'électricité. Il est 10 également envisageable de relier l'axe horizontal (X, X') à toutes autres machines utilisant de l'énergie. La figure 3a est une vue schématique du dispositif selon l'invention, illustrant une étape du procédé correspondant à une position basse du levier, l'enceinte motrice se remplissant d'air comprimé. 15 La figure 3b est une vue schématique du dispositif selon l'invention, illustrant une étape du procédé correspondant à une enceinte motrice remplie d'air, élevant le levier dans une position intermédiaire basse, entraînant une rotation de l'axe (X, X'). La figure 3c est une vue schématique du dispositif selon l'invention, 20 illustrant une étape du procédé correspondant à une enceinte motrice remplie d'air, élevant le levier dans une position intermédiaire haute, entraînant une rotation de l'axe (X, X'). La figure 3d est une vue schématique du dispositif selon l'invention, illustrant une étape du procédé correspondant à une enceinte motrice 25 remplie d'air, le levier étant en position haute. La figure 3e est une vue schématique du dispositif selon l'invention, illustrant une étape du procédé correspondant à l'échappement de l'air comprimé et au remplissage de l'enceinte motrice de liquide. La figure 3f est une vue schématique du dispositif selon l'invention, illustrant une étape du procédé correspondant à une enceinte motrice remplie de liquide, abaissant le levier dans une position intermédiaire haute. La figure 3g est une vue schématique du dispositif selon l'invention, 5 illustrant une étape du procédé correspondant à une enceinte motrice remplie de liquide, abaissant le levier dans une position intermédiaire basse. La figure 3h est une vue schématique du dispositif selon l'invention, illustrant une étape du procédé correspondant à une position basse du levier, l'enceinte motrice remplie de liquide. 10 Les annotations a, b, c, d, e, f, g et h de la figure 4 correspondent aux étapes décrites ci-dessus aux figures 3a à 3h. Chaque levier illustré à la figure 4 passe successivement dans un état correspondant aux étapes a à h. Le procédé de production d'électricité selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes : 15 Alimentation d'air comprimé dans au moins une enceinte motrice (3) en position basse, Elévation d'au moins un levier (2), Rotation de l'axe horizontal (X, X'), Echappement d'air comprimé dans au moins une enceinte motrice (3) 90 en position haute, Remplissage d'au moins une enceinte motrice (3) de liquide (L) en position haute, Descente d'au moins un levier (2). Le groupe compresseur d'air (5) alimente l'enceinte motrice (3) en air 25 comprimé en position basse du levier (2). L'air comprimé chasse le liquide de l'enceinte motrice (3), permettant la remontée du levier (2). La masse volumique de l'enceinte motrice (3) étant inférieure à celle du liquide, l'enceinte motrice (3) fait ainsi remonter le levier (2) grâce à la poussée d' Archimède. Il est entendu qu'en position haute, lorsque l'air comprimé s'échappe, l'enceinte motrice (3) se remplit de liquide, permettant la descente en position basse du levier (2). Selon un mode de réalisation, le procédé selon l'invention est 5 caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes : - Production d'air comprimé, - Enclenchement d'au moins une électrovanne d'alimentation (10a) en air comprimé, - Alimentation d'air comprimé dans au moins une enceinte motrice (3) en 10 position basse, Elévation d'au moins un levier (2), Rotation de l'axe horizontal (X, X'), Enclenchement d'au moins une électrovanne d'échappement (10b) en air comprimé, 15 - Echappement d'air comprimé dans au moins une enceinte motrice (3) en position haute, Remplissage d'au moins une enceinte motrice (3) de liquide (L) en position haute, Descente d'au moins un levier (2). 20 REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de production d'électricité caractérisé en ce qu'il comprend au moins un levier (2) pivotant autour d'un axe horizontal (X, X'), le dit levier (2) comprenant au moins: - une partie immergée (2a) dans un liquide (L) tandis que son extrémité (2c) porte une enceinte motrice (3) connectée à au moins un groupe compresseur d'air (5), la dite enceinte motrice (3) est apte à contenir le dit liquide et de l'air comprimé, - ce dit levier (2) pouvant osciller entre une position basse et une 10 position haute, générant un mouvement de rotation du dit axe horizontal (X, X'), le dit axe est au moins relié directement ou indirectement à un alternateur afin de produire de l'électricité. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le levier (2) est connecté à l'axe horizontal (X, X') par un roulement de type roue libre 15 (4). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enceinte motrice (3) comprend un lest (6). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le lest (6) est positionné en partie basse de la dite 20 enceinte motrice (3). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enceinte motrice (3) comprend une paroi (14) constituée par une enceinte ouverte (15) vers le bas (BA). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, 25 caractérisé en ce que l'enceinte motrice (3) est montée pivotante sur l'extrémité du levier (2c) autour d'une axe horizontal (Y, Y'). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie non-immergée du levier (2b) comprend une masse (9), la position de la dite masse (9) est réglable sur la longueur de la 30 dite partie non-immergée du levier (2b). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enceinte motrice (3) est connectée à au moins un compresseur (5) par des canalisations (12) assurant la circulation de l'air. 9. Procédé de production d'électricité caractérisé en ce qu'il 5 comprend au moins les étapes suivantes : - Alimentation d'air comprimé dans au moins une enceinte motrice (3) en position basse, - Elévation d'au moins un levier (2), - Rotation de l'axe horizontal (X, X'), ledit axe est au moins relié 10 directement ou indirectement à un alternateur, - Echappement d'air comprimé dans au moins une enceinte motrice (3) en position haute, - Remplissage d'au moins une enceinte motrice (3) de liquide (L) en position haute, 15 - Descente d'au moins un levier (2). 10. Procédé de production d'électricité selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes : - Production d'air comprimé, - Enclenchement d'au moins une électrovanne d'alimentation (10a) en air 20 comprimé, - Alimentation d'air comprimé dans au moins une enceinte motrice (3) en position basse, - Elévation d'au moins un levier (2), - Rotation de l'axe horizontal (X, X'), ledit axe est au moins relié 25 directement ou indirectement à un alternateur, - Enclenchement d'au moins une électrovanne d'échappement (10b) en air comprimé,- Echappement d'air comprimé dans au moins une enceinte motrice (3) en position haute, - Remplissage d'au moins une enceinte motrice (3) de liquide (L) en position haute, - Descente d'au moins un levier (2).