Brevet FR3074546A1 — publié le 20190607

Domaine de ('invention L'invention releve des dispositifs permettant de reguler l'ecoulement d'un fluide autour d'un corps. Elle s'inscrit dans le domaine des revetements de surface, et concerne plus particulierement un revetement propre a diminuer la trainee de l'ecoulement d'un fluide autour d'un element cylindrique, pour une plage de vitesses du fluide predefinie. Etat de l'art Lorsqu'un solide est soumis a l'ecoulement d'un fluide, en fonction de la forme dudit solide et en fonction de certaines caracteristiques du fluide, un sillage peut etre genere. Le sillage caract6rise une zone d'ecoulement perturb6 d'un fluide, en aval du solide par rapport auquel ledit fluide est en mouvement relatif. Dans le present texte, les termes 0 amont » et 0 aval » sont employes en consid6rant le sens de l'ecoulement du fluide. Le sillage est g6n6r6 en aval du solide par un decollement de la couche limite formee autour dudit solide. Le sillage peut presenter certains effets pouvant etre dommageables d'une part au solide, en participant a ('excitation en vibration dudit solide, et d'autre part, au fonctionnement optimal d'un systeme integrant ledit solide, par la g6n6ration d'une zone d'ecoulement perturb6. Notamment, on connait les effets du sillage sur les Coliennes comprenant un mat portant des pales agencees en rotation autour d'un axe horizontal et disposees en aval dudit mat. Ces Coliennes presentent un rendement reduit du fait de la presence d'une zone de sillage en aval du mat. En effet, lorsqu'elles se deplacent dans cette zone de sillage, les pales sont impactees par un vent dont l'ecoulement est turbulent, sa force de poussee sur la pale est donc amoindrie. Le sillage presente egalement un impact negatif dans le fonctionnement d'eoliennes integrees a des pylones 100, tel que represents par la figure 1. Ces pylones 100 sont rigidement fixes au sol et sont generalement formes par une structure metallique en treillis comprenant plusieurs modules 101 superposes les uns aux autres, tel qu'illustre schematiquement par la 2 figure 1. Chaque module 101 comprend des montants 102 relies deux a deux par des traverses 103 et des diagonales 104. Les diagonales 104 relient les traverses 103 de deux modules 101 adjacents, comme le montre la figure 1. II est a noter que seulement deux montants 102 sont representes sur la figure 1, 5 de sorte a ne pas encombrer la lecture de ladite figure, mais les modules 101 comprennent generalement trois montants 102. Avantageusement, les moyens de generation d'energie electrique sont formes par au moins une eolienne 110 a axe de rotation vertical, par exemple de type Darrieus, fixee dans la structure du pylone 100. lo Plus particulierement, au moins un module 101 comprend une structure support 105 destinee a maintenir une eolienne 110, par exemple a equidistance de chaque montant 102, comme le represente la figure 1 La ou chaque eolienne 110 comprend generalement des pales 111 s'etendant longitudinalement selon des axes sensiblement verticaux, c'est-a- 15 dire sensiblement paralleles a la direction de la pesanteur. Ces pales 111 sont fix6es par des bras 112 a un arbre mecaniquement lie au rotor d'un g6n6rateur et monte en rotation dans la structure support 105. Les pales 111 sont destinees a entrainer le rotor en rotation lorsqu'elles sont soumises a une force de poussee exercee par le vent, de sorte que le generateur produise de 20 l'energie electrique. Les montants 102 du pylone 100 peuvent, selon la direction et le sens d'ecoulement du vent, generer un sillage enveloppant une ou des pales 111 de l'eolienne 110. Ce sillage perturbe l'ecoulement de l'air sur la ou les pales 111 qu'il enveloppe et ainsi perturbe l'entrainement en rotation de l'eolienne. 25 Dans le pire des cas, ce phenomene de sillage empeche la rotation des pales 111 d'eolienne 110, et dans le meilleur des cas, it affecte seulement le rendement de reolienne 110. Exposé de ('invention 30 La presente invention a pour objectif de palier les inconvenients pr6cit6s en visant a r6duire la resistance aerodynamique d'un element cylindrique, c'est-a-dire en visant a reduire sa trainee sur une plage de vitesses 3 du fluide predeterminees, lorsqu'il est soumis a l'ecoulement du fluide, de sorte a r6duire le sillage qu'il genere. A cet effet, l'invention concerne un revetement sous la forme d'une couche mince souple. Le revetement est destine a recouvrir un element 5 cylindrique soumis a l'ecoulement d'un fluide, et s'etend d'une part, entre deux premiers flancs sensiblement paralleles destin6s a etre agences en vis-a-vis I'un de I'autre lorsque ledit revetement recouvre ('element cylindrique, et d'autre part, entre deux seconds flancs sensiblement paralleles, destines a etre agences a ('oppose I'un de I'autre lorsque ledit revetement recouvre ('element 10 cylindrique. Le revetement comprend des series de reliefs regulierement repartis et configures pour favoriser ('apparition d'une couche limite turbulente a ('interface entre ledit revetement et le fluide, lorsque le fluide presente une vitesse comprise dans une plage de valeurs pr6d6termin6es. Par 0 couche mince », on entend que le revetement presente une 15 epaisseur comprise entre un millimetre et une a quelques dizaines de millimetres. II en decoule que le sillage g6n6r6 en aval de ('element cylindrique est considerablement reduit. A titre d'exemple, la largeur du sillage d'un element cylindrique soumis a l'ecoulement d'un fluide peut etre divisee par quatre zo lorsqu'il est recouvert par le revetement selon l'invention. Le coefficient de trainee d'un element cylindrique recouvert par le revetement peut etre reduit de 25% pour une plage de vitesses de fluide predeterminees, par rapport au coefficient de trainee d'un element cylindrique de merle forme generale et de merle dimensions mais non recouvert par le 25 revetement selon l'invention. Le sillage d'un element cylindrique est donc controle de maniere passive pour une plage de vitesses de fluide predeterminees par le revetement selon l'invention. Dans le present texte, lorsque l'on dit que le revetement est destine a 30 recouvrir un element cylindrique, on entend qu'il est destine a envelopper ('element cylindrique. 4 Dans des modes particuliers de realisation, l'invention repond en outre aux caracteristiques suivantes, mises en oeuvre separement ou en chacune de leurs combinaison techniquement operantes. Dans des modes particuliers de realisation de l'invention, les reliefs 5 sont formes par des alveoles. Dans des modes particuliers de realisation de l'invention, les reliefs sont formes par des saillies. Dans des modes particuliers de realisation de l'invention, les deux premiers flancs comprennent respectivement des attaches rapides lo complementaires adaptees a fixer rigidement le revetement sur ('element cylindrique. Ces attaches rapides peuvent etre formees par des bandes de couche adhesives agencees le long des deux premiers flancs, a ('interface entre le montant et le revetement. 15 Selon un autre aspect, la presente invention concerne un element cylindrique recouvert par un revetement tel que precedemment decrit. Preferentiellement, le revetement enveloppe ('element cylindrique sur ('ensemble de sa peripherie et au moins sur une portion de sa longueur. Selon un autre aspect, la presente invention concerne un pylone 20 comprenant une pluralite de montants relies entre eux par des traverses dites 0 traverses peripheriques ». Au moins un des montants etant recouvert par un revetement tel que decrit precedemment. Dans des modes particuliers de realisation de l'invention, le pylone comprend au moins une structure support portee par des traverses dites 25 0 traverses interieures » dans un volume Mini entre les montants, ladite structure support comprenant des organes de guidage en rotation mecaniquement lies a un arbre rotatif d'une eolienne a axe de rotation vertical, ladite eolienne comprenant une pluralite de pales s'etendant selon un axe longitudinal sensiblement vertical fixees autour dudit arbre, au moins un 30 montant etant recouvert d'un revetement sur au moins une portion de sa longueur situee au droit des pales d'eolienne. 5 Le revetement a pour effet de r6duire le sillage g6n6r6 en aval des montants lorsque le pylone est soumis a une circulation du vent, de sorte que les pales de ou des Coliennes installees a l'interieur du pylone sont en dehors de la zone de sillage. Elles ne sont donc plus impactees par ses effets. Elles ne 5 sont donc plus impactees par ses effets. Par les termes 0 a l'interieur du pylone », on entend 0 dans le volume Mini entre les montants du pylone ». L'invention presente l'avantage de ne pas modifier la structure des pylones existants et notamment la forme de ses montants pour augmenter l'efficacite d'eoliennes. 10 Presentation des figures L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description suivante, donnee a titre d'exemple nullement limitatif, et faite en se referant aux figures qui representent : 15 - Figure 1 : une vue schematique d'un pylone selon l'etat de l'art, a l'interieur duquel sont installees des Coliennes a axe de rotation vertical, - Figure 2 : une vue en perspective d'un revetement selon l'invention, - Figure 3 : une vue schematique d'un pylone selon l'invention, et une vue schematique de detail en perspective d'une portion d'un montant recouvert 20 d'un revetement selon la figure 2, - Figure 4 : une photographie d'un montant d'un pylone selon la figure 3, recouvert d'un revetement selon la figure 2. Dans ces figures, des references numeriques identiques d'une figure a l'autre designent des Clements identiques ou analogues. Par ailleurs, pour des 25 raisons de clarte, les dessins ne sont pas a l'echelle, sauf mention contraire. Description detainee de l'invention Comme le montre la figure 2, la presente invention est relative a un revetement 300 presentant la forme d'une couche mince, configure pour 30 recouvrir un Clement cylindrique en mouvement relatif par rapport a un fluide. La pr6sente invention a pour effet de reduire la resistance aerodynamique dudit 6 element cylindrique, c'est-a-dire de reduire sa trainee sur une plage de vitesses du fluide predeterminees, de sorte a reduire le sillage qu'il genere. Preferentiellement, le revetement 300 est destine a recouvrir un element cylindrique fixe soumis a l'ecoulement d'un fluide. 5 L'expression 0 cylindrique » utilisee dans le present texte est a prendre au sens general englobant toute forme de section du cylindre, telle que par exemple une section oblongue, elliptique, circulaire ou polygonale. L'element cylindrique, peut etre forme par tout profile, creux ou plein. La figure 2 montre que le revetement 300 s'etend d'une part, entre 10 deux premiers flancs 301 paralleles destines a etre agences sensiblement en vis-a-vis l'un de l'autre lorsque ledit revetement 300 recouvre ('element cylindrique, et d'autre part, entre deux seconds flancs 302 paralleles, destines a etre agences a ('oppose l'un de l'autre lorsque ledit revetement 300 recouvre ('element cylindrique. 15 Le revetement 300 s'etend, par exemple, sur une longueur de l'ordre d'une a plusieurs dizaines de metres entre ses deux seconds flancs 302. Le revetement 300 s'etend, par exemple, sur une largeur dont la valeur est sensiblement identique a la valeur du perimetre de ('element cylindrique qu'il est destine a recouvrir. La largeur est ici definie par la distance entre les deux 20 premiers flancs 301. Le revetement 300 presente une epaisseur d'environ un a plusieurs dizaines de millimetres, preferentiellement de deux millimetres. L'epaisseur du revetement 300 peut etre choisie en fonction de sa largeur, par exemple pour des raisons de tenue mecanique ou de rigidit6. 25 Le revetement 300 comprend des series de reliefs regulierement repartis sur sa surface. Avantageusement, les reliefs peuvent etre formes par des alveoles et/ou des saillies. Le terme 0 alveole » definit une cavite dans le present texte. Les saillies peuvent presenter une forme generale cylindrique. Dans le mode prefers de realisation represents sur les figures 2, 3 et 30 4, les reliefs sont formes par des alveoles 303 de forme cylindrique. L'exemple de la forme cylindrique est illustre et decrit ici de maniere detaillee dans le cas d'un cylindre de section circulaire. 7 Ces alveoles 303 peuvent etre traversants, telles que I'illustrent la figure 2 et la vue de detail de la figure 3. En outre, les alveoles 303 peuvent presenter une forme generale tronconique ou prismatique et/ou peuvent etre borgnes. 5 Les dimensions et formes des alveoles 303, ainsi que la distance entre deux alveoles 303 adjacents, sont choisies en fonction de la plage de vitesses du fluide dans laquelle on souhaite reduire les effets aerodynamiques de ('element cylindrique, c'est-a-dire une plage de vitesses de fluide dans laquelle on souhaite reduire le sillage et/ou les phenomenes vibratoires de ('element io cylindrique. Preferentiellement, les dimensions des alveoles 303 sont inversement proportionnelles a la plage de vitesses du fluide predeterminees. En d'autres termes, plus la plage est definie selon des vitesses importantes, plus les dimensions des alveoles 303 sont reduites et inversement. 15 Par exemple, dans le mode de realisation represents par les figures, cette plage de vitesses predeterminees est definie entre quatre et huit metres par seconde et les alveoles 303 peuvent presenter un diametre de six millimetres et etre distantes les unes des autres par des ponts de matiere d'environ un millimetre. 20 Les dimensions des alveoles 303 sont preferentiellement egalement choisies en fonction de la forme de ('element cylindrique et des dimensions de sa peripherie. Sur les figures 2 et 3, les alveoles 303 sont representes agences en quinconce, mais ils peuvent egalement etre distribues selon un autre 25 agencement. Avantageusement, le revetement 300 favorise ('apparition d'une couche limite turbulente autour de ('element cylindrique, lorsqu'il est soumis a la circulation d'un fluide sur une plage de vitesses predeterminees, quel que soit la direction et le sens d'ecoulement du fluide. II en decoule que le 30 coefficient de trainee dudit element cylindrique peut etre reduit de l'ordre de 25% sur cette plage de vitesses du fluide, ce qui permet de reduire considerablement le sillage g6n6r6 en aval des elements cylindrique. 8 Le revetement 300 presente preferentiellement une forme generale sensiblement plane lorsqu'il ne recouvre pas d'element cylindrique. II est avantageusement realise a partir d'un materiau souple, par exemple du polyurethane, et peut etre obtenu par un procede de moulage a plat. 5 Dans des modes particuliers de realisation de l'invention, les deux premiers flancs 301 comprennent respectivement des attaches rapides complementaires adaptees a fixer rigidement le revetement 300 sur ('element cylindrique. Ces attaches rapides peuvent etre formees par des organes d'emboitement elastique adaptes a realiser un assemblage du type male- i.o femelle. Alternativement ou additionnellement, les deux premiers flancs 301 peuvent etre fix6s a ('element cylindrique par application d'une couche de materiau adhesif agencee le long des deux premiers flancs 301 a ('interface entre le revetement 300 et !edit element cylindrique. 15 Le revetement 300 presente donc l'avantage d'être simple a installer sur les elements cylindriques deja existants. Le revetement 300 selon la presente invention est particulierement avantageux dans son application sur un pylone de pont suspendu, un mat d'eolienne a axe verticale dont les pales sont agencees en aval dudit mat, ou 20 plus generalement toute structure soumise a l'ecoulement d'un fluide susceptible de generer une zone de sillage ou des phenomenes vibratoires non desires. L'exemple exposé ci-apres et represents par les figures 3 et 4 decrit ('application du revetement 300 selon l'invention notamment sur des montants, 25 traverses et/ou diagonales d'un pylone 200, par exemple un pylone de telecommunication ou un pylone electrique. On comprend donc que ('element cylindrique est defini ci-apres par tout montant, traverse et/ou diagonale. Le pylone 200 est par exemple un pylone du meme type que ceux de l'art anterieur decrit ci-avant. Le pylone 200 peut comprendre plusieurs 30 modules 201 superposes les uns aux autres et comprenant chacun au moins trois montants 202, par exemple repartis a equidistance les uns des autres. Les montants 202 sont relies deux a deux par des traverses, dites 0 traverses 9 peripheriques » 203 et des diagonales 204. Les montants 202 d'un module 201 sont fixes aux montants 202 du ou des modules 201 adjacents, par exemple, par emmanchement. Les montants 202, traverses peripheriques 203 et diagonales 204 5 peuvent etre formees par des profiles tubulaires de section droite circulaire. Les traverses peripheriques 203 s'etendent preferentiellement selon des axes longitudinaux sensiblement perpendiculaires aux montants 202 et chaque diagonale 204 s'etend preferentiellement entre deux traverses peripheriques 203 selon un axe longitudinal incline par rapport aux axes 10 longitudinaux desdites traverses peripheriques 203, comme le montre la figure 3. II est a noter que seulement deux montants 202 sont representes sur la figure 3 de sorte a ne pas encombrer ladite figure. Chaque module 201 comprend au moins une structure support 205. Dans le mode de realisation decrit ci-apres, chaque module 201 comprend 15 deux structures supports 205 fixees a distance l'une de l'autre, dans un volume defini entre les montants 202, en ce sens que le volume est delimits par lesdits montants 202. Les structures support 205 sont preferentiellement fixees a equidistance de chaque montant 202, par des traverses dites 0 traverses interieures » 206 agencees radialement par rapport a un axe longitudinal 20 median du pylone. Plus particulierement, chacune desdites traverses interieures 206 d'un module 201 est fixee par une de ses extremites a un montant 202 et par l'autre a une des structures support 205. Les structures support 205 d'un module 201 sont configurees pour recevoir des organes de guidage en rotation d'une eolienne 210 a axe de 25 rotation vertical, de sorte que l'eolienne 210 soit agencee dans un volume defini entre les montants 202, comme represents par la figure 3. Ces eoliennes 210, par exemple de type Darrieus, comprennent des pales 211 s'etendant longitudinalement selon des axes sensiblement verticaux. Ces pales 211 sont fixees par des bras 212 a un arbre 213 rotatif 30 mecaniquement lie aux organes de guidage en rotation et solidaire du rotor d'un g6n6rateur (non repr6sent6 sur les figures). 10 Les montants 202 sont recouverts par un revetement 300, au moins sur une portion dont la longueur s'etend au droit des pales 211, et preferentiellement sur l'ensemble de leur longueur, comme le montre la figure 3. 5 Autrement dit, le revetement 300 recouvre l'ensemble de la peripherie des montants 202, sur une longueur au moins identique a la longueur de la projection orthogonale d'une pale sur lesdits montants. Dans ce mode de realisation, les dimensions et formes des alveoles 303 du revetement 300, ainsi que la distance entre deux alveoles 303 10 adjacents, peuvent etre choisies en fonction d'une plage de vitesses du vent pr6d6termin6es dans laquelle reolienne 210 est destin6e a etre operationnelle. Plus particulierement, cette plage de vitesses est predeterminee en fonction de l'intervalle des vitesses du vent dans lequel on souhaite reduire la largeur du sillage genere par les montants 202 du pylone 200. 15 La figure 4 represente un exemple de fixation du revetement 300, dans lequel le revetement 300 est maintenu en position contre le montant par ('utilisation de colliers de serrage. De maniere plus generale, il est a noter que les modes de mise en oeuvre et de realisation de ('invention consideres ci-dessus ont 6t6 decrits a 20 titre d'exemples non limitatifs et que d'autres variantes sont par consequent envisageables. Bien que les modules et eoliennes sont decrits et illustres sur la figure 3 au nombre de trois, leur nombre n'est pas limite a celui decrit et illustre. Ainsi, il est possible, sans se departir du cadre de ('invention, de realiser un pylone 25 comprenant un, deux, quatre modules et eoliennes ou plus, le nombre d'eoliennes REVENDICATIONS1. Revetement (300) sous la forme d'une couche mince souple caracterise en ce qu'il est destine a recouvrir un element cylindrique (202, 203, 204, 205, 206) soumis a l'ecoulement d'un fluide, en ce qu'il s'etend d'une part, entre deux premiers flancs (301) sensiblement paralleles destines a etre agences en vis-a-vis l'un de l'autre lorsque ledit revetement (300) recouvre ('element cylindrique, et d'autre part, entre deux seconds flancs (302) sensiblement paralleles, destines a etre agences a ('oppose l'un de l'autre lorsque ledit revetement (300) recouvre ('element cylindrique (20), et en ce qu'il comprend des series de reliefs regulierement repartis et configures pour favoriser ('apparition d'une couche limite turbulente a ('interface entre ledit revetement (300) et le fluide, lorsque le fluide presente une vitesse comprise dans une plage de valeurs pr6d6termin6es. 2. Revetement (300) selon la revendication 1, dans lequel les reliefs sont formes par des alveoles (303). 3. Revetement (300) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans zo lequel les reliefs sont formes par des saillies. 4. Revetement (300) selon la revendication 3, dans lequel les deux premiers flancs (301) comprennent respectivement des attaches rapides complementaires destinees a fixer rigidement le revetement (300) sur ('element 25 cylindrique (20). 5. Element cylindrique (202, 203, 204, 205, 206) caracterise en ce qu'il est recouvert par un revetement (300) selon l'une des revendications 1 a 4. 30 6. Pylone (200) comprenant une pluralite de montants (202) relies entre eux par des traverses dites 7. Pylone selon la revendication 6, comprenant au moins une 5 structure support (205) portee par des traverses dites 0 traverses interieures » (206) dans un volume Mini entre les montants (202), ladite structure support comprenant des organes de guidage en rotation mecaniquement lies a un arbre (213) rotatif d'une eolienne (210) a axe de rotation vertical, ladite eolienne comprenant une pluralite de pales (211) s'etendant selon un axe lo longitudinal sensiblement vertical fixees autour dudit arbre, au moins un montant (202) etant recouvert d'un revetement (300) sur au moins une portion de sa longueur situee au droit des pales d'eolienne.