Brevet FR3062427A1 — publié le 20180803

Dispositif de production d'énergie mettant en jeu la poussée d'Archimède L'invention a trait à la production d'énergie, plus précisément à partir des effets combinés de la poussée d'Archimède et de la gravitation universelle. L'on sait que, dans un champ de pesanteur uniforme, tout corps de volume V plongé dans un fluide (notamment liquide) subit une force orientée vers le haut (c'est-à-dire à l'opposé de la direction générale de son propre poids), appelé poussée d'Archimède. La valeur de la poussée d'Archimède, notée PA, est fournie par la formule suivante : 1,1> = -MF - à> où : MF est la masse de fluide contenu dans le volume V, g est une champ de pesanteur. De tout temps on a cherché à profiter de la flottaison des corps pour convertir en travail mécanique l'énergie fournie par la poussée d'Archimède. Cette conversion est notamment exploitée par les centrales houlomotrices, pour lesquelles le demandeur a proposé des solutions prometteuses, cf. par ex. le brevet français FR2992626 (ou son équivalent européen EP2867115), qui propose une centrale équipée de flotteurs dont les mouvements alternatifs de montée et de descente provoqués par la houle sont convertis en rotation d'un arbre. Des recherches infructueuses ont également été conduites pour entraîner, grâce à la poussée d'Archimède, un corps dans un mouvement cyclique producteur de travail mécanique. La présente invention apporte une contribution à ces recherches, en proposant un dispositif de production d'énergie mécanique à partir de la poussée d'Archimède, qui comprend : - une cuve pourvue d'une paire de parois latérales sensiblement parallèles ; un tambour monté en rotation par rapport à la cuve autour d'un axe de rotation, ce tambour étant solidaire d'un arbre qui s'étend suivant l'axe de rotation du tambour, lequel comprend un cylindre pourvu d'alvéoles uniformément répartis à la périphérie du cylindre, et de 3062427 2 flotteurs creux étanches chacun solidaire du cylindre et logé dans une alvéole, le cylindre s'étendant entre deux faces latérales d'extrémité qui s'étendent chacune en regard d'une paroi latérale de la cuve ; 5 un séparateur monté dans la cuve, qui définit un logement central dans lequel s'étend le tambour, ce séparateur comprenant une paire de cloisons de séparation qui s'étendent chacune de part et d'autre du logement entre une face latérale du cylindre et une paroi latérale de la cuve, chaque cloison étant pourvue d'une section inférieure 10 oblique qui s'étend d'un fond de la cuve jusqu'au voisinage de l'axe du tambour, chaque cloison ayant une face inférieure tournée vers le fond de la cuve et une face supérieure opposée, la face supérieure et la face inférieure délimitant respectivement, avec la cuve, un espace primaire et un espace secondaire isolés l'un de l'autre de 15 manière étanche ; un volume prédéterminé de liquide qui remplit au moins partiellement l'espace primaire, l'espace secondaire étant empli d'air et isolé de manière étanche de l'espace primaire. Selon diverses caractéristiques, prises seules ou en combinaison : 20 - chaque cloison présente, dans le prolongement de la section inférieure, une section médiane écartée de l'arbre du côté de l'espace primaire ; le séparateur comprend une paire de joues à partir desquelles s'étendent les séparateurs, et une virole cylindrique qui relie les 25 joues et avec laquelle celles-ci délimitent le logement pour le tambour ; un interstice annulaire est ménagé entre la virole et la périphérie du tambour, et le séparateur comprend un joint d'étanchéité interposé entre la virole et la périphérie du tambour, au voisinage de la section 30 inférieure ; des joints d'étanchéité à fable coefficient de frottement sont interposés entre les joues et les faces latérales du cylindre ; le volume de liquide remplit l'espace primaire jusque sous les flotteurs à leur altitude maximale ; 3062427 3 le tambour présente un espace entre chaque flotteur et son alvéole, et des entretoises sont interposées entre chaque flotteur et son alvéole ; le tambour comprend une série d'orifices de drainage percés dans 5 le cylindre le long de sa périphérie. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description d'un mode de réalisation, faite ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels : la FIG.1 est une vue en perspective, partiellement arrachée, d'un 10 dispositif de production d'énergie selon l'invention ; la FIG.2 est une vue en coupe du dispositif de la FIG.1, selon le plan de coupe Il-Il. Sur la FIG.1 est représenté un dispositif 1 de production d'énergie mécanique à partir de la poussée d'Archimède et de la gravitation. 15 Ce dispositif 1 comprend, en premier lieu, une cuve 2 pourvue d'une paire de parois 3 latérales en regard. Dans l'exemple illustré, ces parois 3 latérales sont parallèles ; elles sont par ex. reliées par des parois 4 d'extrémité. La cuve 2 comprend en outre un fond 5 à partir duquel s'étendent les parois 3, 4 Selon un mode de réalisation illustré sur les 20 dessins, la cuve 2 est parallélépipédique mais cet exemple n'est pas limitatif. Sur la FIG.1, la paroi 3 située du côté de l'observateur et la paroi 4 d'extrémité sont partiellement arrachées pour des raisons de clarté. On comprend qu'en pratique ces parois sont pleines. Chaque paroi 3 latérale présente une face 6 interne qui présente 25 avantageusement un bon coefficient de frottement et/ou est pourvue d'un revêtement présentant un bon coefficient de frottement. Le dispositif 1 comprend, en deuxième lieu, un tambour 7 monté en rotation par rapport à la cuve 2 autour d'un axe X de rotation. Dans l'exemple illustré, où les parois 3 latérales de la cuve 2 sont (au moins 30 localement) planes et parallèles, l'axe X de rotation du tambour 7 s'étend perpendiculairement aux parois 3 latérales. Le tambour 7 est solidaire (au moins en rotation) d'un arbre 8 qui s'étend suivant l'axe X de rotation. Le tambour 7 comprend un cylindre 9 qui peut être réalisé dans un matériau métallique (par ex. en acier, dans 35 un alliage d'aluminium ou de cuivre) ou plastique (par ex. en PTFE ou polytétrafluoroéthylène). En variante, le cylindre 9 peut être fabriqué 3062427 4 dans tout matériau rigide, et revêtu d'une matière à faible coefficient Le de frottement (par ex. un bronze ou un PTFE). Le cylindre 9 s'étend entre deux faces 10, 11 latérales d'extrémité qui s'étendent chacune en regard d'une paroi 3 latérale de la cuve 2. 5 Le cylindre 9 est pourvu d'alvéoles 12 uniformément répartis à sa périphérie, et de flotteurs 13. Chaque flotteur 13 est creux, étanche, solidaire du cylindre 9 et logé dans une alvéole 12 de manière qu'un espace 14 soit ménagé entre eux, de préférence tout autour du flotteur 13 10 Selon un mode de réalisation illustré sur les figures, chaque alvéole 12 est cylindrique et s'étend sensiblement parallèlement à l'axe X de rotation du tambour 7, tandis que, de manière correspondante, chaque flotteur 13 est également cylindrique (de diamètre inférieur à l'alvéole 12). On notera que la forme cylindrique n'est pas fournie à titre limitatif 15 mais seulement illustratif, toute autre forme pouvant convenir. Dans l'exemple illustré, les alvéoles 12 et les flotteurs 13 sont au nombre de quatre, mais ce nombre ne saurait être considéré comme limitatif, pas plus que leur contour lorsque vu en section. Le cylindre 9 pourrait ainsi être pourvu d'une série de secteurs creux adjacents 20 (chacun constituant une alvéole 12) dans chacun desquels serait logé un flotteur 13 de forme correspondante. Le dispositif 1 comprend, en troisième lieu, un séparateur 15 monté dans la cuve 2, qui définit un logement 16 central dans lequel s'étend le tambour 7. Le séparateur 15 se présente de préférence sous forme d'une 25 tôle dont l'épaisseur est faible au regard de ses autres dimensions (et notamment du diamètre du logement 16 central). Ce séparateur 15 comprend une paire de cloisons 17 de séparation qui s'étendent chacune de part et d'autre du logement 16 entre une face 10 latérale du cylindre 9 et une paroi 3 latérale de la cuve 2. Le contact 30 entre chaque cloison 17 de séparation et la paroi 3 latérale correspondante est avantageusement étanche. Un joint d'étanchéité peut, à cet effet, être interposé entre elles. Chaque cloison 17 est par ailleurs pourvue d'une section 18 inférieure oblique qui s'étend du fond 5 de la cuve 2 jusqu'au voisinage 35 de l'axe X de rotation du tambour 7, chaque section 18 inférieure étant décalée de la verticale de l'axe X de rotation du tambour 7 de manière 3062427 5 telle que, lorsqu'un flotteur 13 dépasse cette section 18 lors de la rotation du tambour 7, il n'est plus à la verticale de l'axe X de rotation. Chaque cloison 17 présente une face 19 inférieure tournée vers le fond 5 de la cuve 2, et une face 20 supérieure opposée. Lorsque la cuve 5 2 est débouchante du côté opposé au fond 5, la face 20 supérieure est tournée vers l'ouverture de la cuve 2. La face 20 supérieure et la face 19 inférieure délimitent respectivement, chacune avec la cuve 2, un espace 21 primaire (à gauche de la cloison 17 sur la FIG.2) et un espace 22 secondaire (à droite 10 de la cloison 17 sur la FIG.2) isolés l'un de l'autre de manière étanche tant au fond 5 que sur les parois 3 latérales. Le dispositif 1 comprend, en quatrième lieu, un volume 23 prédéterminé de liquide (par ex. d'eau ou d'huile) qui remplit au moins partiellement l'espace 21 primaire (dans l'exemple illustré, le volume 23 15 de liquide remplit l'espace 21 primaire jusque sous les flotteurs 13 à leur altitude maximale mais cet exemple n'est pas limitatif), tandis que l'espace 22 secondaire est empli d'air et isolé de manière étanche de l'espace 21 primaire. La section 18 inférieure de chaque cloison 17 forme, avec la 20 verticale, un angle A qui est avantageusement compris entre 15° et 45°, et par ex. d'environ 35 °. Comme illustré sur les dessins, chaque cloison 17 présente dans le prolongement de la section 18 inférieure, une section 24 médiane écartée de l'arbre 8 du côté de l'espace 21 primaire et qui forme autour de celui- 25 ci une chicane. Par ailleurs, le séparateur 15 comprend avantageusement une paire de joues 25 à partir desquelles s'étendent les cloisons 17, et une virole 26 cylindrique qui relie les joues 25 et avec laquelle celles-ci délimitent le logement 16 pour le tambour 7. 30 Selon un mode de réalisation préféré illustré sur les figures, et plus particulièrement visible sur la FIG.2, un interstice 27 annulaire est ménagé entre la virole 26 et la périphérie du tambour 7. En fonctionnement, cet interstice 27 annulaire est empli d'air. Cependant, au voisinage de la section 18 inférieure, le séparateur 15 comprend un 35 joint 28 d'étanchéité, interposé entre la virole 26 et la périphérie du tambour 7. Ce joint 28 a pour fonction de limiter les infiltrations de liquide entre l'espace 21 primaire et l'interstice 27. 3062427 6 Ce joint 28 est avantageusement fabriqué dans un matériau à faible coefficient de friction (par ex. en PTFE) ou dans un matériau quelconque revêtu d'un tel matériau à faible coefficient de friction. Par ailleurs, des joints d'étanchéité (de préférence également 5 fabriqués dans un matériau à faible coefficient de friction ou dans un matériau quelconque revêtu d'un tel matériau à faible coefficient de friction) sont de préférence interposés entre les joues 25 et les faces 10 latérales du cylindre 9, de sorte à compléter l'étanchéité au liquide entre l'espace 21 primaire et l'interstice 27. 10 En pratique, il est préférable que le contact soit intime (bien que glissant) entre les faces 10 latérales du cylindre 9 et les joues 25, de sorte à minimiser les infiltrations. Selon un mode préféré de réalisation illustré sur la FIG.2, le tambour 7 comprend, pour chaque flotteur 13, des entretoises 29 interposées 15 entre celui-ci et son alvéole 12, de sorte à rigidifier le tambour 7 et en particulier le montage du flotteur 13 par rapport au cylindre 9. Ces entretoises 29 peuvent être des pièces rapportées ou être formées de manière monobloc avec le cylindre 9. Selon un mode préféré de réalisation illustré sur la FIG.2, le tambour 20 7 comprend, pour chaque alvéole 12, une pluralité d'entretoises 29 uniformément réparties autour de la périphérie du flotteur 13, pour maintenir un espace uniforme entre celui-ci et l'alvéole 12, immobiliser le flotteur 13 par rapport au cylindre 9 et éviter sa détérioration. Le tambour 7 peut en outre comprendre une série d'orifices 30 de 25 drainage percés dans le cylindre 9 le long de sa périphérie. Si le cylindre 9 est creux, on chemisera les orifices 30 pour éviter l'accumulation de liquide dans le cylindre 9. Selon un mode de réalisation illustré sur la FIG.1, le dispositif 1 comprend un générateur 31 de courant accouplé à l'arbre 8 au moyen 30 d'une transmission par engrenage, courroie, chaîne, ou équivalent. Dans l'exemple illustré, la transmission se fait au moyen d'une courroie 32 qui circule sur une roue 33 (ou une poulie) solidaire en rotation de l'arbre 8, et sur un pignon 34 solidaire d'un arbre 35 d'entrée du générateur 31. Le courant généré est transporté hors du générateur 31 au moyen 35 de câbles 36 électriques, qui peuvent être reliés directement au réseau (notamment local ou métropolitain), ou à une ou plusieurs batterie(s) d'accumulateurs. 3062427 7 Le dispositif 1 fonctionne de la manière suivante. Le nombre de flotteurs 13 et leur répartition sont tels qu'un flotteur 13 se trouve toujours dans l'espace 21 primaire, noyé dans le volume 23 de liquide. La poussée d'Archimède qui s'exerce sur le flotteur 13 en 5 raison du liquide qui l'entoure (dans l'espace 14 entre le flotteur 13 et l'alvéole 12) l'entraîne vers le haut et induit par conséquent un couple moteur sur le tambour 7, lequel se trouve ainsi entraîné en rotation autour de son axe X. L'arbre 8, solidaire du tambour 7, est lui-même entraîné en rotation et, accouplé au générateur 31, permet la production 10 d'électricité. Lorsque le flotteur 13 dépasse la ligne de flottaison du liquide, la rotation du tambour 7 a déjà placé un autre flotteur 31 dans l'espace 21 primaire. A peine le flotteur 13 est-il entré dans l'espace 21 primaire que l'espace 14 qui l'entoure s'emplit de liquide. Puisque la section 18 15 inférieure du séparateur 15 est décalée de la verticale de l'axe X de rotation du tambour 7, le flotteur 13 est soumis à un effort générateur d'un couple moteur sur le tambour 7. En théorie, rien ne s'oppose par conséquent à ce que la rotation du tambour 7 se poursuive ainsi (dans le sens indiqué sur la FIG.2 par la 20 flèche). Les éventuelles infiltrations de liquide de l'espace 21 primaire à l'espace 22 secondaire peuvent être vidangées au moyen des orifices 30, qui drainent le liquide et se vidangent lorsqu'ils dépassent la surface de flottaison. REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de production d'énergie mécanique à partir de la poussée d'Archimède et de la gravitation, qui comprend : une cuve (2) pourvue d'une paire de parois (3) latérales en regard ; un tambour (7) monté en rotation par rapport à la cuve (2) autour d'un axe (X) de rotation, ce tambour (7) étant solidaire d'un arbre (8) qui s'étend suivant l'axe (X) de rotation du tambour (7), lequel comprend un cylindre (9) pourvu d'alvéoles (12) uniformément répartis à la périphérie du cylindre (9), et de flotteurs (13) creux étanches chacun solidaire du cylindre (9) et logé dans une alvéole (12), le cylindre (9) s'étendant entre deux faces (10) latérales d'extrémité qui s'étendent chacune en regard d'une paroi (3) latérale de la cuve (2) ; un séparateur (15) monté dans la cuve (2), qui définit un logement (16) central dans lequel s'étend le tambour (7), ce séparateur (15) comprenant une paire de cloisons (17) de séparation qui s'étendent chacune de part et d'autre du logement (16) entre une face (10) latérale du cylindre (9) et une paroi (3) latérale de la cuve (2), chaque cloison (17) étant pourvue d'une section (18) inférieure oblique qui s'étend d'un fond (5) de la cuve (2) jusqu'au voisinage de l'axe (X) du tambour (7), chaque cloison (17) ayant une face (19) inférieure tournée vers le fond (5) de la cuve (2) et une face (20) supérieure opposée, la face (20) supérieure et la face (19) inférieure délimitant respectivement, avec la cuve (2), un espace (21) primaire et un espace (22) secondaire isolés l'un de l'autre de manière étanche ; un volume (23) prédéterminé de liquide qui remplit au moins partiellement l'espace (21) primaire, l'espace (22) secondaire étant empli d'air et isolé de manière étanche de l'espace (21) primaire. 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque cloison (17) présente, dans le prolongement de la section (18) inférieure, une section (24) médiane écartée de l'arbre (8) du côté de l'espace (21) primaire. 3. Dispositif (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le séparateur (15) comprend une paire de joues 3062427 9 (25) à partir desquelles s'étendent les séparateurs (15), et une virole (1) cylindrique qui relie les joues (25) et avec laquelle celles-ci délimitent le logement (16) pour le tambour (7). 4. Dispositif (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un 5 interstice (27) annulaire est ménagé entre la virole (26) et la périphérie du tambour (7), et en ce que le séparateur (15) comprend un joint (28) d'étanchéité interposé entre la virole (26) et la périphérie du tambour (7), au voisinage de la section (18) inférieure. 5. Dispositif (1) selon la revendication 3 ou la revendication 4, 10 caractérisé en ce qu'il comprend des joints d'étanchéité à fable coefficient de frottement interposés entre les joues (25) et les faces (10) latérales du cylindre (9). 6. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volume (23) de liquide remplit l'espace (21) 15 primaire jusque sous les flotteurs (13) à leur altitude maximale. 7. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tambour (7) présente un espace (14) entre chaque flotteur (13) et son alvéole (12), et en ce qu'il comprend des entretoises interposées entre chaque flotteur (13) et son alvéole (12). 20 8. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tambour (7) comprend une série d'orifices (30) de drainage percés dans le cylindre (9) le long de sa périphérie.