Brevet FR3103780A1 — publié le 20210604

Engin nautique gonflable à motorisation électrique destiné à être piloté en position debout L’invention concerne un engin nautique (2) gonflable à motorisation électrique destiné à être piloté en position debout, comprenant un flotteur (4) gonflable ayant une carène, un moteur électrique (8), une hélice (10) immergée et entraînée par le moteur pour générer une force de poussée (F) ayant un axe de rotation (X) situé vers l’arrière à une distance (d) du centre de carène chargé comprise entre 45% et 80% de la distance (D) séparant le centre de carène chargé (G) et l’arrière du flotteur, un système pour orienter la force de poussée comprenant un mat vertical (16) rigide solidaire du flotteur et apte à pivoter au moyen d’un guidon (18) constituant deux points d’appui pour les mains de l’utilisateur, la rotation du mat dans un sens entraînant la rotation de la force de poussée dans le sens opposé, et un dispositif de commande du moteur électrique pour contrôler la force de poussée selon une marche avant et arrière. Figure pour l’abrégé : Fig. 2. Engin nautique gonflable à motorisation électrique destiné à être piloté en position debout La présente invention se rapporte au domaine général des engins nautiques de loisirs à propulsion électrique. Elle concerne plus particulièrement une planche gonflable de loisirs nautiques de type « stand up paddle » à motorisation électrique. Il existe de nombreuses planches de loisirs nautiques. On connaît par exemple de la publication US 2018/0118311 une planche de surf gonflable qui comprend une ouverture sur l’arrière dans laquelle s’insère un système de propulsion électrique tenu en place par des attaches. On connaît également de la publication US 7,226,329 une planche de surf rigide qui comprend à l’arrière une propulsion électrique à turbine. De même, la publication US 2016/0347428 décrit une planche de stand up paddle munie d’une propulsion électrique à hélice. Les publications US 2015/0307166 et US 2015/0251734 décrivent des planches de stand up paddle qui sont propulsées par un moteur électrique générant un jet d’eau. On connaît encore de la publication US 6,409,560 une planche de surf rigide qui est propulsée par un moteur électrique à hélice positionné à l’arrière de la planche. Une poignée solidaire de la planche permet à l’utilisateur d’activer et de faire pivoter le moteur électrique autour d’un axe vertical. De manière générale, si les planches nautiques décrites dans ces publications permettent d’apporter une solution au besoin de propulsion, elles présentent cependant de nombreux inconvénients. En particulier, l’ensemble de ces planches nautiques présentent l’inconvénient de ne pas être aisément manœuvrables en cas de changement de cap. En effet, ces planches ne disposent pas de moyens permettant de changer de cap autre que le déplacement latéral du poids de son utilisateur ou par l’utilisation d’une pagaie agissant en tant que gouverne mobile. De plus, ces planches nautiques sont en pratique difficiles à stabiliser. En effet, les mains de l’utilisateur étant libres, ce dernier ne dispose que de ses deux pieds comme points d’appui pour tenir son équilibre, ce qui implique une très bonne maitrise physique de son corps pour contrer les accélérations, les forces centrifuges en virage ou les mouvements de plateforme dus à l’état de la mer et aux forces du vent. Il en résulte des chutes fréquentes. La présente invention a donc pour but de proposer un engin nautique qui ne présente pas les inconvénients précités et offre une solution globale à la problématique de l’accessibilité d’un engin nautique motorisé à tout public. Conformément à l’invention, ce but est atteint grâce à un engin nautique gonflable à motorisation électrique destiné à être piloté par un utilisateur en position debout, comprenant : un flotteur gonflable ayant une carène définie de sorte que : le couple de redressement maximum du flotteur à charge nominale soit au moins de 100 Nm et situé dans une fourchette d’angle de gîte comprise entre 5° et 15°, et l'angle de chavirement, à charge nominale, soit supérieur à 18° de gîte ; un moteur électrique alimenté par une source d’énergie rechargeable ; une hélice immergée qui est positionnée à l’arrière du flotteur et entraînée par le moteur électrique pour générer une force de poussée ayant un axe de rotation situé vers l’arrière sur un plan horizontal à une distance du centre de carène chargé qui est comprise entre 45 et 80% de la distance séparant le centre de carène chargé et l’arrière du flotteur ; un système de direction pour orienter la force de poussée générée par l’hélice en fonctionnement comprenant un mat vertical rigide solidaire du flotteur et apte à pivoter autour de son axe principal par rapport au flotteur au moyen d’un guidon constituant deux points d’appui pour les mains de l’utilisateur, la rotation du mat autour de son axe principal dans un sens entraînant la rotation de la force de poussée générée par l’hélice en fonctionnement autour de son axe de rotation dans le sens opposé ; et un dispositif de commande du moteur électrique monté sur le guidon pour contrôler la force de poussée générée par l’hélice en fonctionnement selon une marche avant et selon une marche arrière. L’engin nautique selon l’invention présente de nombreux avantages par rapport à ceux de l’art antérieur. En particulier, l’engin nautique offre une très grande stabilité à son utilisateur grâce notamment à la largeur du flotteur qui est calculée en fonction du couple de redressement du flotteur chargé. Cette grande stabilité intrinsèque au flotteur est renforcée par la présence d’un mat équipé d’un guidon qui offre deux points d’appui supplémentaires pour les mains de l’utilisateur. L’équilibre de l’utilisateur s’en trouve grandement amélioré, notamment sur un plan d’eau agité par des mouvements de vagues et de houle et lors des accélérations et décélérations de l’engin. L’utilisateur peut ainsi couvrir de grandes distances sans fatigue et sans tomber à l’eau. La propulsion de l’engin nautique selon l’invention est assurée par un moteur électrique dont la source d’énergie est rechargeable, ce qui permet d’assurer une grande autonomie de pilotage et répond notamment aux nouvelles problématiques posées par la grande distance d’éloignement à la base. De plus, le mat est pivotable autour de son axe de sorte à faire pivoter la force de poussée générée par l’hélice autour de son axe de rotation, et le guidon présente un dispositif de commande pour gérer la force de poussée selon la marche avant et la marche arrière. Par ailleurs, la distance entre le moteur électrique et le centre de carène est suffisamment grande pour faciliter le pilotage de l’engin nautique. Il en résulte une grande manœuvrabilité de l’engin nautique, notamment pour gérer des changements de cap difficiles et pour faciliter les manœuvres de venue à terre ou d’évitement d’obstacles fixes ou mobiles (tels que des bateaux ou d’autres engins nautiques). Le changement de direction peut être réalisé sans utiliser de pagaie ou sans avoir à incliner la planche par le déplacement du centre de gravité de l’utilisateur. Enfin, le flotteur de l’engin nautique est gonflable, ce qui réduit son espace de stockage, le rend aisément transportable, facilite ainsi considérablement son utilisation en tant qu’engin de loisir nautique. De préférence, le système de direction, la source d’énergie rechargeable, le moteur électrique et l’hélice forment un ensemble monobloc qui est démontable par rapport au flotteur. Cette disposition est particulièrement avantageuse en ce qu’elle permet d’obtenir un engin nautique modulaire qui peut être aisément transporté. Le système de direction peut comprendre en outre un dispositif mécanique reliant le mat à un axe vertical couplé à l’hélice. De préférence également, le mat du système de direction est fixé sur le flotteur par une liaison pivot apte à permettre au mat de se replier dans un plan horizontal. Cette caractéristique permet d’obtenir un engin nautique compact et peu encombrant. De préférence encore, la source d’énergie rechargeable comprend au moins une batterie rechargeable et amovible par rapport au flotteur. Cette caractéristique permet de faciliter la recharge de la source d’énergie en ayant la possibilité de l’extraire de l’engin nautique. De plus, la source d’énergie peut comporter une pluralité de batteries rechargeables afin d’assurer une plus grande autonomie à l’engin nautique et une optimisation du rapport autonomie par rapport au poids embarqué. De préférence encore, l’hélice est protégée par un carénage. Cette caractéristique permet de respecter certaines normes de sécurité qui visent à éviter que l’hélice ne vienne blesser un baigneur situé à proximité de l’engin nautique ou un passager tombé à l'eau. Le flotteur peut comprendre une ouverture sur l’avant recevant un hublot de vision sous-marine. De même, l’engin peut comprendre en outre un système d’éclairage sous-marin. De préférence encore, le dispositif de commande du moteur électrique comprend des moyens pour échanger des données avec un téléphone mobile de l’utilisateur. Par exemple, le dispositif de commande pourra transmettre à un centre de stockage distant via le téléphone mobile de l’utilisateur des données telles que la position GPS de l’engin nautique, l’état de charge des batteries, d’éventuelles avaries, etc. De préférence encore, le flotteur comprend deux valves permettant de gonfler deux compartiments distincts du flotteur. Cette caractéristique est une sécurité en cas de déchirement ou d’une perte de pression d’un compartiment La figure 1 est une vue de dessus d’un engin nautique selon l’invention. La figure 2 est une vue de côté de l’engin nautique de la figure 1. La figure 3 est une vue de l’arrière de l’engin nautique de la figure 1. La figure 4 illustre un exemple de réalisation du système de direction de l’engin nautique de la figure 1. La figure 5 illustre un autre exemple de réalisation du système de direction de l’engin nautique de la figure 1. La figure 6 est une vue en perspective du flotteur gonflable de l’engin nautique de la figure 1. La figure 7 est une vue en perspective de l’ensemble monobloc démontable de l’engin nautique de la figure 1. La figure 8 est une vue de dessus d’un engin nautique selon l’invention muni de plusieurs batteries rechargeables. La figure 9 illustre la façon dont le mat du système de direction de l’engin nautique selon l’invention peut se replier. La figure 10 est une vue schématique montrant le transport de l’ensemble monobloc démontable de l’engin nautique de la figure 1. La figure 11 est une courbe représentant le couple de redressement du flotteur de l’engin nautique en fonction de l’angle de gîte. Les figures 1 à 3 représentent, selon différents points de vue, un exemple d’engin nautique 2 selon l’invention. Cet engin nautique 2 est destiné à être piloté par un utilisateur en position debout. Il s’apparente à une planche de type « stand up paddle » à motorisation électrique. Comme également représenté sur les figures 6 et 7, l’engin nautique 2 comprend notamment un flotteur 4 et un ensemble monobloc 6 qui se compose des différents éléments de pilotage de l’engin et qui est démontable par rapport au flotteur. Le flotteur 4 présente la particularité d’être gonflable. Par exemple, il peut être réalisé en tissu technique à base de PVC et être muni d’un évidement 4a pour recevoir l’ensemble monobloc 6 et de valves 4b pour connecter un gonfleur. De préférence, le flotteur 4 comprend deux valves 4b, une située à chaque extrémité du flotteur, afin de remplir deux compartiments distincts du flotteur. Cette caractéristique est une sécurité en cas de déchirement ou d’une perte de pression d’un compartiment. Lorsqu’il est dégonflé, le flotteur 4 de l’engin nautique selon l’invention prend ainsi une place extrêmement réduite par rapport aux flotteurs rigides connus de l’art antérieur. Lorsqu’il est gonflé, le flotteur 4 de l’engin nautique selon l’invention présente la particularité d’avoir une carène définie de sorte que le couple de redressement maximum M max du flotteur à charge nominale soit au moins de 100 Nm et situé dans une fourchette d’angle de gîte O comprise entre 5° et 15°. De façon connue, la carène de l’engin étant la partie immergée de la coque, le centre de carène est le centre géométrique du volume immergé (i.e. du volume de fluide déplacé). La position du centre de carène varie avec les tirants d’eau (i.e. l’enfoncement), l’assiette et la gîte. Toujours de façon connue, le couple de redressement du flotteur est constitué par le poids (force dont le point d’application est constant car correspondant au centre de gravité) et la poussée d’Archimède (force dont le point d’application est variable car correspondant au centre de carène). Typiquement, lorsque la gîte augmente, la distance entre ces deux forces devient non nulle, augmentant ainsi l’intensité du couple de redressement. La figure 11 représente ainsi un exemple de courbe du couple de redressement M du flotteur en fonction de l’angle de gîte O . Selon l’invention, la carène (i.e. la partie immergée de l’engin nautique) est définie de sorte que l’intensité maximum du couple de redressement à charge nominale soit supérieure ou égale à 100 Nm avec un angle de gîte O compris entre 5° et 15°. Sur la figure 11, le couple de redressement maximum M max du flotteur à charge nominale est représenté par le point A de la courbe du couple de redressement. Pour ce calcul, la charge nominale prise en compte ici correspond à celle d’un utilisateur de 1m80 de taille et pesant 75kg. Toujours selon l’invention, la carène est également définie de sorte que l'angle de chavirement O max , à charge nominale, soit supérieur à 18° de gîte. De façon connue, on entend ici par « angle de chavirement » (ou angle de stabilité nulle), l’angle de gîte du flotteur à charge nominale au-delà duquel le flotteur chavire. Sur l’exemple de la figure 11, cet angle de chavirement est représenté par le point B de la courbe du couple de redressement qui correspond au point au-delà duquel la stabilité du flotteur passe de positive à négative. L’engin nautique 2 selon l’invention comprend encore un moteur électrique 8 destiné à entraîner en rotation une hélice immergée 10 qui est positionnée vers l’arrière du flotteur (par rapport au sens de marche avant de l’engin). Cette hélice 10 est avantageusement protégée par un carénage 12 afin d’éviter de blesser un nageur se trouvant à proximité immédiate de l’engin nautique. Ce carénage permet également de garder une maniabilité en erre de l’engin en jouant le rôle de safran. Le moteur électrique 8 d’entrainement de l’hélice est alimenté par une source d’énergie rechargeable. De préférence, cette source d’énergie rechargeable est constituée d’une ou plusieurs batteries 14 qui sont amovibles par rapport à l’engin nautique (voir la figure 8 sur laquelle la source d’énergie rechargeable est composée de trois batteries 14). Lorsqu’elle est entraînée en rotation, l’hélice 10 génère une force de poussée F ayant un axe de rotation X qui est situé vers l’arrière sur un plan horizontal à une distance d du centre de carène chargé qui est comprise entre 45% et 80% de la distance D séparant le centre de carène chargé G et l’arrière du flotteur (voir la figure 2). Sur la figure 2, un exemple du centre de carène chargé G est représenté à titre purement indicatif. Il est bien situé vers l’avant (par rapport au sens de marche avant de l’engin) de l’axe de rotation X de la force de poussée F générée par l’hélice en fonctionnement et à une distance d de celui-ci comprise entre 45% et 80% de la distance D . L’engin nautique 2 selon l’invention comprend encore un système de direction destiné à orienter la force de poussée F générée par l’hélice en fonctionnement. Ce système de direction se compose d’un mat 16 rigide solidaire du flotteur 4 qui s’étend, en fonctionnement, verticalement depuis le flotteur vers le haut. Ce mat 16 est apte à pivoter autour de son axe principal Y par rapport au flotteur au moyen d’un guidon 18 constituant deux points d’appui P1, P2 pour les mains d’un utilisateur. Par ailleurs, il est prévu que la rotation du mat 16 autour de son axe principal Y dans un sens entraîne la rotation de la force de poussée F générée par l’hélice 10 en fonctionnement autour de son axe de rotation X dans le sens opposé (i.e. une rotation vers la droite du mat entraîne une rotation vers la gauche de la force de poussée F et réciproquement). Différents dispositifs mécaniques peuvent être envisagés pour traduire le mouvement de rotation du mat 16 autour de son axe principal Y en un mouvement de rotation en sens inverse de la force de poussée F générée par l’hélice en fonctionnement. Ainsi, la figure 4 représente un exemple de réalisation d’un tel dispositif qui est constitué d’une courroie crantée 20 couplant le mat 16 à l’axe de rotation X de la force de poussée générée par l’hélice en fonctionnement. La figure 5 représente un autre exemple de réalisation dans lequel le dispositif comprend une tige 22 couplée à une extrémité à une première bielle 24 solidaire de l’axe principal Y du mat et à une extrémité opposée à une seconde bielle 26 solidaire de l’axe de rotation X de la force de poussée générée par l’hélice en fonctionnement. Chacun de ces dispositifs permet ainsi de traduire tout mouvement de rotation du mat autour de son axe principal en un mouvement de rotation en sens inverse de la force de poussée générée par l’hélice en fonctionnement. Bien entendu, d’autres dispositifs (mécaniques ou non mécaniques) pourraient être envisagés. L’engin nautique selon l’invention comprend encore un dispositif de commande 28 du moteur électrique 8. Ce dispositif de commande 28 est typiquement monté sur le guidon 18 et présente notamment des fonctionnalités électroniques pour contrôler la force de poussée F générée par l’hélice en fonctionnement selon une marche avant et selon une marche arrière. De façon avantageuse, le dispositif de commande du moteur électrique peut comprendre des moyens électroniques de collecte de données (par exemple la position GPS de l’engin nautique, l’état de charge des batteries, d’éventuelles avaries, etc) et des moyens pour échanger ces données avec un téléphone mobile de l’utilisateur. Ainsi, le dispositif de commande pourra transmettre à un centre de stockage distant via le téléphone mobile de l’utilisateur ces données en vue de leur exploitation. De même, l’utilisateur pourra recevoir en retour des informations qui seront présentées sur l’écran de son téléphone mobile et/ou sur un écran du dispositif de commande, en particulier pour être averti de dangers tels que des obstacles sous-marins à proximité ou le risque d’épuisement de sa source d’énergie renouvelable. Selon une disposition avantageuse de l’invention représentée sur la figure 7, le système de direction (constitué du mat 16, du guidon 18, du dispositif de commande 28 et du dispositif couplant le mat à l’axe de rotation de la force de poussée générée par l’hélice), la source d’énergie rechargeable 14, le moteur électrique 8 et l’hélice 10 forment un ensemble monobloc qui est démontable par rapport au flotteur 4. Selon une autre disposition avantageuse de l’invention représentée sur les figures 9 et 10, le mat 16 du système de direction est fixé sur le flotteur 4 par une liaison pivot 30 qui permet au mat de se replier dans un plan horizontal. Une fois replié, l’axe principal Y du mat se trouve dans un plan horizontal (au lieu d’être dans un plan vertical). Un mécanisme particulier (non représenté sur les figures) permet alors de maintenir le mat 16 en position repliée, ce qui facilite grandement le transport de l’ensemble monobloc par un utilisateur U (voir la figure 10). Par ailleurs, comme représenté notamment sur la figure 1, le flotteur peut comporter une ouverture sur l’avant recevant un hublot 32 de vision sous-marine. Ce hublot permet ainsi à l’utilisateur de contempler les fonds marins. De même, comme représenté sur la figure 2, l’engin nautique peut comporter en outre un système d’éclairage sous-marin 34, par exemple de type à LED, permettant d’éclairer les fonds marins. Engin nautique (2) gonflable à motorisation électrique destiné à être piloté par un utilisateur en position debout, comprenant : un flotteur (4) gonflable ayant une carène ; un moteur électrique (8) alimenté par une source d’énergie rechargeable (14) ; une hélice (10) immergée qui est positionnée à l’arrière du flotteur et entraînée par le moteur électrique (8) pour générer une force de poussée (F) ayant un axe de rotation (X) situé vers l’arrière sur un plan horizontal à une distance (d) du centre de carène chargé qui est comprise entre 45% et 80% de la distance (D) séparant le centre de carène chargé (G) et l’arrière du flotteur ; un système de direction pour orienter la force de poussée (F) générée par l’hélice (10) en fonctionnement comprenant un mat vertical (16) rigide solidaire du flotteur (4) et apte à pivoter autour de son axe principal (Y) par rapport au flotteur au moyen d’un guidon (18) constituant deux points d’appui (P1, P2) pour les mains de l’utilisateur, la rotation du mat autour de son axe principal dans un sens entraînant la rotation de la force de poussée générée par l’hélice en fonctionnement autour de son axe de rotation dans le sens opposé ; et un dispositif de commande (28) du moteur électrique monté sur le guidon (18) pour contrôler la force de poussée générée par l’hélice en fonctionnement selon une marche avant et selon une marche arrière. Engin selon la revendication 1, dans lequel le système de direction, la source d’énergie rechargeable, le moteur électrique et l’hélice forment un ensemble monobloc qui est démontable par rapport au flotteur. Engin selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel le système de direction comprend en outre un dispositif mécanique (20 ; 22-26) reliant le mat (16) à un axe vertical couplé à l’hélice (10). Engin selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le mat (16) du système de direction est fixé sur le flotteur par une liaison pivot (30) apte à permettre au mat de se replier dans un plan horizontal. Engin selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la source d’énergie rechargeable comprend au moins une batterie (14) rechargeable et amovible par rapport au flotteur. Engin selon la revendication 5, dans lequel la source d’énergie rechargeable comprend une pluralité de batteries (14) rechargeables et amovibles par rapport au flotteur. Engin selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’hélice (10) est protégée par un carénage (12). Engin selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le flotteur comprend une ouverture sur l’avant recevant un hublot (32) de vision sous-marine. Engin selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant en outre un système d’éclairage sous-marin (34). Engin selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le dispositif de commande (28) du moteur électrique comprend des moyens pour échanger des données avec un téléphone mobile d’un utilisateur. Engin selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel le flotteur (4) comprend deux valves (4b) permettant de gonfler deux compartiments distincts du flotteur.