Brevet FR3079002A1 — publié le 20190920

HYDROLIENNE FLUVIALE, D'IMPLANTATION, D'EXPLOITATION ET DE MAINTENANCE AISÉE COMPORTANT SES MOYENS SPÉCIFIQUES DE MISE EN OEUVRE. DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne le domaine des hydroliennes flottantes destinées à exploiter l'énergie cinétique des courants fluviaux pour produire de l'énergie électrique de manière autonome et respectueuse de l'environnement car ne nécessitant aucune implantation permanente. Ce dispositif possédant un facteur de charge élevé en raison de la permanence de la source d'énergie, est particulièrement adaptée à l'alimentation électrique d'habitats isolés mais aussi capable d'assurer, dans le cas de zones alimentées par un réseau, la redondance nécessaire à la sécurité d'installations sensibles ou vitales, notamment celles d'un hôpital. ART ANTÉRIEUR Dans le brevet n° FR17/51689 qui fait partie de l'art antérieur, l'invention de ce brevet n'a pas été conçue pour fonctionner en courant unidirectionnel contrairement à la présente invention qui est optimisée pour ce type d'environnement. La présente invention permet de concevoir une hydrolienne avec des moyens simples, robustes, permettant son implantation sur un fleuve avec une exploitation et une maintenance aisée sans nécessiter l'intervention extérieure de moyens lourds, par exemple : barge, grue ... Les figures servant à la compréhension de l'invention sont : Figure 1 Planche 1/6 : Vue d'ensemble de l'hydrolienne amarrée au moins à un corps mort ou à autre moyen de fixation au sol. Figure 2 Planche 2/6 : Vue en perspective de l'hydrolienne qui constitue la 35 structure porteuse sur laquelle est fixée un pylône par des moyens triangulés. Figure 2a Planche 2/6 : Vue de détail du bouclier fixé à l'avant des flotteurs et formé d'un cadre en forme de V constituant un moyen de protection de l'hydrolienne vis à vis des corps dérivants au fil du courant. 40 Figure 3 Planche 3/6 : Vue en perspective du pylône central comportant un mât immergeant l'hélice couplée à son convertisseur d'énergie placé dans une nacelle. 2 Figure 4 Planche 3/6 : Vue en plan du mât articulé sur le pylône central avec son dispositif de relevage, de préférence hydraulique. 5 Figure 4a Planche 3/6 : Vue de détail de l'articulation située entre mât et pylône, le mât étant relevé en position sécurisée. Figure 5 Planche 4/6 : Vue d'ensemble de l'hydrolienne équipée de son bouclier qui montre un dispositif léger et mobile de levage représenté en position de 10 manutention de la nacelle de l'hydrolienne. Figure 5a Planche 4/6 : Enveloppe de la nacelle en cours de démontage. Figure 6 Planche 4/6 : Vue d'ensemble de l'hydrolienne équipée de son bouclier 15 qui montre un dispositif léger et mobile de levage représenté en position de dégagement d'embâcles, (corps flottants accrochés au bouclier). Figure 7 Planche 5/6 : vue en perspective d'une annexe de servitude accrochée à l'hydrolienne en position de maintenance. 20 Figure 7a Planche 5/6 : vue de détail d'un dispositif de transport et de mise en place des modules dont l'empilement constitue un corps mort. Figure 7b Planche 5/6 : vue de détail d'un dispositif d'amarrage automatique de 25 l'annexe sur l'hydrolienne Figure 8 Planche 6/6 : vue latérale de sortie de l'eau de l'hydrolienne équipée de roues amovibles pour notamment être tractée par un véhicule. 30 Figure 8a Planche 6/6 : vue de détail d'un exemple de type moyens de roulage sur un sol normal. Figure 8b Planche 6/6 : vue de détail d'un exemple de type moyens de glissement par exemple sur un sol préalablement mouillé. Figure 9 Planche 6/6 : vue de détail montrant un exemple de type de moyen de levage central utilisé pour le carénage. 3 L'hydrolienne fluviale 1 amarrée au corps mort 2 comprend (figure 1) - Deux flotteurs lia et il b Une structure triangulée centrale 4 supportant un pylône 5 Un bouclier avant 7 5 Un mât porteur 8 articulé sur le pylône 5 Une hélice 10 couplée à un convertisseur d'énergie 122 (figure 5a) logé dans la nacelle 12 interchangeable formant un ensemble relevable avec son mât porteur pour la maintenance. Un certain nombre de moyens spécifiques aux opérations de maintenance 10 tels que moyens de levage, annexe motorisée, cric.., facilitant la mise en oeuvre en faisant partie de l'invention. Les moyens 11a, 11 b, 4, 5 et 7 contribuent à créer un ensemble rigide modulaire facile à transporter à monter et à démonter (figure 2). Cet ensemble avec tous ses moyens, constitue une embarcation flottante de type catamaran 15 choisie pour sa bonne stabilité en roulis et sa faible traînée hydrodynamique. La structure triangulée 4 (figure 2) est constituée de 4 structures en V, 41 à 44, assemblées pour former deux tétraèdres symétriques assurant une bonne reprise des efforts qui sont appliqués sur le pylône 5. Deux biellettes 45 et 46 20 complètent la structure supérieure pour constituer un ensemble isostatique. Cet ensemble de moyens associés au bouclier avant 7 assure une grande rigidité à l'embarcation. Un plancher léger 13, partiellement amovible, permet de circuler entre les deux flotteurs et les coffres de servitude 19, pour effectuer toute opération. 25 Le bouclier avant 7 (figure 2a) comporte un cadre robuste comportant des câbles 71 sous tension ou tout autre moyen équivalent. La zone 72, située au niveau de la ligne de flottaison est munie d'une paroi légère et continue, destinée à écarter les petits débris flottant en surface. Il existe un dispositif 30 d'amortissement 73 pour dissiper l'énergie en cas de choc violent. Le mât 8 (figure 3) supporte le palier de l'hélice 10 et reprend donc les efforts de tramée très importants en fonctionnement. En position fonctionnelle, il est relié dans le haut du pylône 5, par un axe 51 autorisant un degré de liberté en 35 rotation et dans le bas du pylône (figure 4) par une liaison boulonnée 81 entre les plaques 82 et 52, ces liaisons solidarisant le pylône et le mât. Les moyens électriques situés dans la nacelle sont connectés aux servitudes embarquées par un câble remontant dans le mât. Ces servitudes sont reliées à la berge par un câble électrique pour transmission de l'énergie à terre. 40 Le mât 8 est formé d'éléments modulaires assemblables et dimensionnés en fonction de la profondeur d'eau où l'on place l'hydrolienne afin de pouvoir placer une hélice 10 de dimension déterminée. 4 Dans le cas notamment d'une opération de maintenance où la nacelle doit être sortie de l'eau et placée à hauteur requise pour l'intervention, après désolidarisation de la liaison 81, le vérin 6 permet le relevage du mât par rotation autour de l'axe 51. Une béquille 55 (figure 4a) permet d'assurer la 5 sécurité en position haute et, éventuellement, de libérer le vérin 6 pour d'autres utilisations. Pour faciliter les opérations d'exploitation et de maintenance, il est prévu de disposer à bord de Phydrolienne 1 d'un moyen de levage 9 comportant un 10 petit mât 91 et ses étais 92 et un mât de charge 93 équipé d'un treuil 95 pour le levage et relié au mât 91 par un palan 94. Ce dispositif modulaire peut être démonté pour être logé dans le coffre de servitude et est composé d'éléments suffisamment légers pour que sa mise en place soit aisée sans nécessiter d'efforts intenses. Ce moyen 9, implanté sur le pylône central 5 (figure 5) est présenté en 15 position pour maintenance de la nacelle 12. L'enveloppe de la nacelle 12 (figure 5a) est constituée d'une coque de révolution 121 facilitant la réalisation de moyens d'étanchéité simple et fiables. Cette enveloppe, bloquée axialement donc démontable facilement, assure un accès aisé aux moyens 122 de conversion de l'énergie mécanique fournie par 20 l'hélice en énergie électrique. Le moyen de levage amovible 9 peut être implanté en différents points suivant besoin et en particulier à l'avant du catamaran (figure 6) pour faciliter le décrochage d'embâcles volumineux ou à bord de l'annexe. 25 Pour faciliter les opérations de mise à poste, d'exploitation et de maintenance, il est prévu de disposer d'une annexe motorisée 3 (figure 7) qui, outre les navettes nécessaires aux contrôles et aux opérations courantes d'exploitation, assure des missions particulières : manutention sur l'eau de corps- 30 mort modulaires 21, cette annexe 3 sert de prolongement de la plateforme complémentaire de travail pour les opérations de maintenance : transport des modules de corps mort pour une mise en place ou un changement de position de Phydrolienne 1 dans le lit du fleuve. Pour la mise en place des éléments de corps-mort ou leur changement de 35 position, l'annexe comporte (figures 7 et 7a) un treuil 31 et une ouverture 33 autorisant l'accès à la face supérieure du module 21 pour permettre les manoeuvres de manutention. Pour prolonger la plateforme de travail, l'annexe 3 présente une forme qui 40 s'inscrit dans l'arrière des coques lia et 11 b avec par exemple la présence de bourrelets amortisseurs en caoutchouc 34 (figure7). A l'avant de l'annexe 3, deux V 35a et 35b (figure 7b) munis de crochets 36 à ressort permettent par une simple approche au moteur de solidariser l'annexe à une barre 14 fixée à l'arrière 5 de l'embarcation 1. Ce dispositif assure un degré de liberté en tangage, il sécurise les opérations de déplacement ou de chargement sur l'annexe. L'ouverture simultanée des deux crochets est commandée depuis l'arrière de l'annexe au poste de conduite par la poignée 37. 5 Pour faciliter le carénage de l'hydrolienne et éviter le recours à des moyens lourds tels que grutages non disponibles sur certains sites, il est prévu quatre éléments légers 15 équipés de roues 16 (figure 8a) et qui peuvent, sur l'eau, être fixés par simple boulonnage sur la structure 1. L'ensemble peut alors 10 être sorti de l'eau simplement (figure 8) à l'aide d'un treuil fixé à terre ou d'un véhicule banalisé, ou tout autre moyen équivalent. Suivant la nature de la rive, il est prévu (détail 8b) de pouvoir substituer aux roues, des patins 17 capables de porter l'ensemble en glissant sur la terre 15 préalablement mouillée. Pour faciliter notamment le carénage de l'hydrolienne, il existe un cric 18 fixé sur le pylône central 5 manoeuvrable par le vérin 6 après mise en sécurité du mât 8, à l'aide de la béquille 55, ceci pour accéder librement aux parties inférieures 20 notamment pour effectuer le carénage. L'annexe comme toute embarcation peut se mettre à couple de l'hydrolienne. REVENDICATIONS1-Hydrolienne fluviale (1) amarrée à au moins un corps mort 2 caractérisée en ce qu'elle comprend : - deux flotteurs (11a et 1 lb) - une structure triangulée centrale 4 supportant un pylône 5 un bouclier avant 7 - Un mât porteur (8) articulé sur le pylône (5) Une hélice (10) couplée à un convertisseur d'énergie (122) placé dans une nacelle( 12), sachant que les flotteurs (11a, 1 lb), la structure triangulée (4), le pylône (5) et le bouclier (7) contribuent à créer un ensemble rigide modulaire facile à transporter, monter et démonter, l'ensemble constituant une embarcation flottante de type catamaran choisie pour sa bonne stabilité en roulis , sa faible traînée hydrodynamique et qui permet de produire de l'énergie électrique acheminée à terre par un dispositif de câbles. 2- Hydrolienne fluviale (1) amarrée à au moins un corps mort selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comprend : - une structure triangulée (4) constituée de quatre structures en V (41 à 44) assemblées pour former deux tétraèdres symétriques assurant une bonne reprise des efforts qui sont appliqués sur le pylône 5 - deux biellettes (45 et 46) complétant la structure supérieure pour constituer un ensemble isostatique, cet ensemble de moyens associés au bouclier avant (7) assurant une grande rigidité à l'embarcation. - un plancher léger (13) partiellement amovible, permettant de circuler entre les deux flotteurs et les coffres de servitude (19) pour effectuer cette opération 30 3- Hydrolierme fluviale (1) amarrée à au moins un corps mort selon la revendication 1 caractérisée en ce que le bouclier avant (7) comporte un cadre robuste dimensionné comportant des câbles ( 71) sous tension ou tout autre moyen équivalent en appui sur un dispositif (73) qui constituent une protection 35 aux impacts des objets dérivant, sachant qu'il existe une zone (72) située au niveau de la ligne de flottaison, munie d'une paroi légère et continue destinée à écarter les petits débris flottant en surface. 4- Hydrolienne fluviale (1) amarrée à au moins un corps mort, selon la 40 revendication 1 caractérisée en ce que le mât porteur 8 supporte le palier de l'hélice (10) et reprend donc les efforts de traînée très importants en fonctionnement, et en ce qu'il est relié au pylône (5) dans le haut et par un axe (51) autorisant un degré de liberté en rotation et dans le bas du pylône (5) par 7 une liaison boulonnée (81) entre des plaques (82 et 52), qui assurent solidarisation du pylône au mât. 5- Hydrolienne fluviale (1) amarrée à au moins un corps mort selon les 5 revendication 1 à 4 caractérisée en ce la maintenance où la nacelle (12?) est sortie de l'eau pour être placée à hauteur requise pour une intervention, après désolidarisation de la liaison (81), un vérin 6 permet le relevage du mât par rotation autour de l'axe ( 51) et une béquille (55) peut être placée d'assurer la sécurité en position haute et, sachant que l'on peut libérer le vérin (6)pour 10 d'autres utilisations. 6- Hydrolienne fluviale (1) amarrée à au moins un corps mort selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'il est prévu de disposer à bord de l'hydrolienne (1) d'un moyen de levage 9 comportant un petit mât (91) et ses 15 étais (92 a, b..) ainsi qu'un mât de charge (93) ceci pour faciliter les opérations d'exploitation et de maintenance et le décrochage d'embâcles. 7- Hydrolienne fluviale (1) amarrée à au moins un corps mort selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on dispose d'une annexe motorisée (3) 20 qui sert de plateforme complémentaire de maintenance, elle-même munie d'un treuil (31) et d'une ouverture (33) autorisant l'accès à la face supérieure du module (21) permettant ainsi la manutention sur l'eau et le transport de modules du corps mor t(21) 25 8- Hydrolienne fluviale (1) amarrée à au moins un corps mort selon l'une quelconque des précédentes revendications caractérisé en ce qu'il existe quatre éléments légers (15) équipées de roues (16) qui peuvent sur l'eau être fixés par simple boulonnage sur la structure de l'hydrolienne (1) l'ensemble pouvant être sorti de l'eau à l'aide d'un treuil fixé à terre ou par un véhicule banalisé, pour faciliter le carénage de l'hydrolienne (1) et éviter le recours à des moyens lourds tels que grutage non disponibles sur certains sites. 9- Hydrolienne fluviale (1) amarrée à au moins un corps mort selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'il existe un cric (18) fixé au pylône central (5) manoeuvrable par le vérin (6) après mise en sécurité du mât (8) par la mise en place de la béquille (55), ceci permettant d'accéder librement aux parties inférieures pour effectuer un carénage. 9- Hydrolienne fluviale (1) amarrée à au moins un corps mort selon l'une quelconque des précédentes revendications caractérisé en ce que le mât ( 8) est formé d'éléments modulaire assemblables et dimensionnés en fonction de la profondeur d'eau ou l'on place l'Hydrolienne (1) afin de pouvoir placer une hélice (10) de dimension- appropriée.