Brevet FR3106566A1 — publié le 20210730

L'invention concerne une installation (3) de production d’électricité pour navire (1), comprenant au moins un portique (11) supportant au moins un premier étage (15) équipé d’une pluralité d’éoliennes et, au-dessus de ce premier étage (15), un second étage (17) équipé d’une pluralité de panneaux photovoltaïques (74) (Fig. 1) Installation de production d’électricité pour navire La présente invention se rapporte au domaine de la réduction des émissions de gaz à effet de serre par les navires, et plus particulièrement à une installation de production d’électricité pour les navires. De nombreuses recherches sont effectuées afin de réduire les émissions polluantes des navires tels que les porte-conteneurs, les cargos, les pétroliers, les vraquiers, tous forts consommateurs de carburants générateurs de gaz à effet de serre. Des normes vont d’ailleurs progressivement être imposées, contraignant de fait les armateurs à recourir à des énergies alternatives pour propulser leurs navires. La présente invention vise à fournir des moyens permettant de contribuer significativement à cet effort de réduction des émissions de gaz à effet de serre. À cet effet, la présente invention fournit une installation de production d’électricité pour navire, comprenant au moins un portique supportant au moins un premier étage équipé d’une pluralité d’éoliennes et, au-dessus de ce premier étage, un second étage équipé d’une pluralité de panneaux photovoltaïques. Grâce à ces caractéristiques, l’installation selon l’invention permet de placer au-dessus du navire ou d’une plate-forme de poussage ou de remorquage de ce navire, des moyens de production d’électricité utilisant d’une part la force du vent, et d’autre part la lumière du soleil, deux sources d’énergie non fossile permettant d’alimenter des moteurs électriques pouvant faire tourner les hélices du navire ou de la plate-forme de poussage seuls ou en combinaison avec des moteurs thermiques. On réduit de la sorte très sensiblement des émissions de gaz à effet de serre par rapport à des navires motorisés exclusivement de manière thermique. Suivant d’autres caractéristiques optionnelles de cette installation : - ledit portique supporte : - un premier étage équipé d’une pluralité d’éoliennes à axes verticaux et de voiles orientables autour d’axes verticaux, - un deuxième étage équipé d’une pluralité d’éoliennes à axes verticaux et de turbines, et - un troisième étage équipé d’une pluralité de panneaux photovoltaïques : la présence de ces trois étages successifs permet d’augmenter le nombre et la nature des moyens de production d’électricité, rendant l’installation selon l’invention encore plus performante, et adaptée à tous types de vents. - lesdites éoliennes à axes verticaux comprennent chacune une partie inférieure de plus grand diamètre et une partie supérieure de plus petit diamètre : cette configuration particulière d’éoliennes verticales permet d’avoir des éoliennes qui sont plus lourdes dans leur partie inférieure que dans leur partie supérieure, ce qui contribue à leur robustesse ; - lesdites voiles orientables comprennent chacune deux panneaux de voiles pouvant être orientés autour d’un axe vertical commun : cette structure particulière de voiles orientables permet de rendre ces voiles complètement adaptables à la direction du vent, et ainsi d’augmenter leur efficacité de prise au vent ; - ledit portique comprend une pluralité de modules incorporant chacun des portions de plancher, et des moyens pour faire coulisser ces modules par rapport à la coque du navire : cette conception modulaire permet de libérer en tant que de besoin l’espace situé au-dessus du navire, ce qui est indispensable notamment dans le cadre de porte-conteneurs, où l’on doit pouvoir accéder aux conteneurs par le haut du navire, en vue de leur préhension par des grues à quai ; - lesdits moyens de coulissement comprennent des rails aptes à être montés sur la coque du navire, et des roues montées aux pieds des poteaux desdits modules : ces rails peuvent être facilement montés sur la coque d’un navire, sans adaptation complexe ; - cette installation comprend en outre au moins une voile libre reliée audit portique par des câbles : une telle voile libre, qui flotte au-dessus du navire, vient contribuer aux efforts de propulsion du navire engendré par les hélices, et participe ainsi à la réduction des émissions de gaz à effet de serre ; - cette installation comprend au moins un drone de guidage de ladite voile libre : un tel drone permet d’orienter de manière optimale la voile libre par rapport au vent, et ainsi d’optimiser les efforts de propulsion. La présente invention se rapporte également à un navire équipé d’une installation conforme à ce qui précède. La présente invention se rapporte encore à une plateforme de poussage ou de remorquage de navire, équipée d’une installation conforme à ce qui précède : une telle plate-forme, indépendante du navire, peut-être accouplée au navire lorsque celui-ci sort du port, et pousser ou tirer le navire pendant toute sa croisière, jusqu’à l’arrivée au port de destination. Une telle plate-forme peut donc être adaptée à plusieurs navires différents, et permet de n’apporter aucune modification à des navires de conception classique. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : : une vue en perspective d’un un porte-conteneurs équipé d’une installation selon l’invention, : une vue de côté de ce porte-conteneurs, : une vue en coupe des moyens de roulement des modules du portique de l’installation selon invention, : une vue en perspective du premier étage du portique d’une installation selon l’invention, : une vue en perspective d’une éolienne à axe vertical installée sur ledit premier étage, : une vue en perspective d’une voile orientable installée sur ledit premier étage, dans une première configuration, : une vue en perspective de cette voile orientable dans une deuxième configuration, : une vue en perspective du deuxième étage du portique d’une installation selon l’invention, superposée sur ledit premier étage, : une vue de dessus d’une turbine installée sur ledit deuxième étage, : une vue de face de cette turbine, : une vue en perspective d’un navire équipé d’une installation selon l’invention, avec des voiles libres disposées au-dessus de ce navire, : une vue en perspective d’un navire remorqué par une plateforme équipée d’une installation selon l’invention. Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques ou similaires sur l’ensemble des figures. Lorsqu’ils seront utilisés, les termes « haut », « bas », « supérieur », « inférieur » s’entendent par rapport à la verticale, en configuration normale de fonctionnement du navire. On se reporte à présent aux figures 1 et 2, sur lesquelles on a représenté un porte-conteneurs 1 équipé d’une installation 3 selon l’invention. Le porte-conteneurs 1 comporte une coque 5 supportant une grande quantité de conteneurs 7. Comme cela est connu en soi, les conteneurs 7 sont superposées les uns sur les autres, sur pratiquement toute la longueur du navire, à l’exception de la zone où se trouve la passerelle 9. L’installation 3 selon l’invention comporte un portique 11 formé par des poteaux 13 supportant une pluralité de planchers superposés 15, 17, 19. Plus précisément, le portique 11 comporte une pluralité de modules 21, 23, 25, 27 comportant chacun une portion des planchers 15, 17, 19 supportés par quatre poteaux 13. Chaque poteau 13 est monté roulant dans sa partie inférieure sur un rail 29 fixé sur chaque côté respectif de la coque 5 comme cela est visible sur la figure 3. Le rail 29, qui est monté sur des consoles 31 fixées par exemple par soudage ou par rivetage sur la coque 5, supporte lui-même une gouttière 33 à l’intérieur de laquelle peuvent circuler des roues 35 montées à la partie inférieure de chaque poteau 13. Comme cela est représenté sur les figures 2 et 3, on peut envisager deux paires de roues 35 pour chaque poteau 13, afin de répartir le poids de ce poteau sur le rail 29, qui peut typiquement être de l’ordre de 7 tonnes par paire de roues 35. À titre d’exemple, les consoles 31 peuvent être disposées tous les 5 mètres le long de la coque 5. Des moteurs, non représentés, permettent de déplacer les modules 21, 23, 25, 27 indépendamment les uns des autres le long des rails 29. En se reportant à présent à la figure 4, on peut voir que sur le premier étage 15, c’est-à-dire sur l’étage situé le plus bas, sont disposés une batterie d’éoliennes verticales 37, en alternance avec des voiles orientables 39. En se reportant à la figure 5, on peut voir que chaque éolienne verticale 37 comporte une partie supérieure munie typiquement de trois pales verticales 41, et une partie inférieure munie typiquement de quatre pales verticales 43. Chaque éolienne verticale 37 est montée rotative sur un axe vertical 47 au moyen de paliers appropriés. Les pales 41, 43 sont montées sur des plateaux 45, celui d’entre eux qui se trouve à la base de l’éolienne étant muni à sa périphérie d’une denture apte à faire tourner un alternateur 48. Chaque voile orientable 39 comprend deux panneaux de voile 49, 51 articulés l’un par rapport à l’autre autour d’un axe vertical 53, de sorte que ces panneaux de voile peuvent former entre eux différents angles, comme par exemple un angle de 180° visible à la figure 6, ou un angle inférieur à 180° visible à la figure 7. Les parties inférieures de ces panneaux de voile sont montées sur des chariots 54, 55 coulissant sur un rail de forme sensiblement circulaire 57 fixé sur le plancher 15. On peut aussi envisager que chaque panneau de voile 49, 51 puisse s’enrouler autour d’un bras sensiblement horizontal 59, comme cela est visible à la figure 7. On a représenté à la figure 8 le deuxième étage 17 de l’installation selon l’invention, superposé sur le premier étage 15. Sur ce deuxième étage 17 sont disposés non seulement une pluralité d’éoliennes à axe vertical 37 du type de celle qui vient d’être décrit, mais également, et en alternance avec ces éoliennes, une pluralité de turbines à axes horizontaux 61. Comme cela est visible sur les figures 9 et 10, chaque turbine 61 comporte une tuyère convergente/divergente 63 comprenant, de l’amont vers l’aval par rapport à la circulation du vent, une hélice de taille réduite 65 et une hélice de grande dimension 67, ces deux hélices étant montées sur un arbre 69 apte à faire tourner un alternateur 71. Comme cela est visible sur la figure 10, des ailettes 73 disposées à la périphérie de la tuyère 63 permettent d’orienter correctement les turbines 61 par rapport à la direction du vent. Sur le troisième et dernier étage 19 sont disposés des panneaux photovoltaïques 74, comme cela est visible sur la figure 1. Ces panneaux photovoltaïques peuvent être disposés à plat, ou bien présenter des moyens d’inclinaison variable selon l’éclairage du navire par le soleil. De manière préférée et optionnelle, et comme cela est visible à la figure 11, on peut également prévoir une pluralité de voiles libres 75 se présentant sous la forme d’ailes de parapente, reliées au troisième étage 19 du portique 11 par des câbles 77. Des treuils disposés par exemple aux extrémités supérieures de certains des poteaux 13 permettent de modifier la longueur des câbles 77, et donc la hauteur des voiles libres 75. On peut envisager par exemple trois voiles libres 75 situées sur la partie avant du portique 11, et trois voiles libres 75 situées sur la partie arrière de ce portique. De manière avantageuse, on peut envisager de fixer des drones 79 à proximité des points de liaison des câbles 77 avec les voiles libres 75, de manière à permettre un pilotage et un réglage de ces voiles libres 75 en fonction du vent. Sans que cela soit limitatif, les poteaux 13 et les planchers 15, 17, 19 de chaque module 21, 23, 25, 27 du portique 11 peuvent être réalisés en acier. Typiquement, chaque module de ce portique peut peser de l’ordre de 60 tonnes. Les éoliennes verticales 37 peuvent mesurer chacune une dizaine de mètres de hauteur, et présenter des parties supérieure et inférieure respectivement de 3 mètres et de 4 mètres de diamètre. Chaque plancher 15, 17, 19 peut présenter typiquement une longueur de 70 mètres, et une largeur de 40 mètres. Le mode de fonctionnement et les avantages de l’installation qui vient d’être décrits résultent directement des explications qui précèdent. Les éoliennes à axe vertical 37, les turbines 61 et les panneaux photovoltaïques 74 disposés sur les trois planchers 15, 17, 19 du portique 11 permettent de produire de l’électricité en utilisant des énergies renouvelables : vent et lumière du soleil. L’électricité ainsi produite peut être utilisée pour alimenter un ou plusieurs moteurs électriques assurant la propulsion du navire. Ces moteurs électriques peuvent être seuls, ou bien couplés de manière hybride avec des moteurs thermiques. Les voiles libres 75 permettent, le cas échéant, d’ajouter de la poussée motrice nécessaire à la propulsion du navire, sans émission de gaz à effet de serre. Le fait de prévoir que le portique 11 puisse comprendre plusieurs modules 21, 23, 25, 27, mobiles sur les rails 29 grâce aux roues 35 et à une motorisation appropriée, permet de libérer à la demande l’espace situé au-dessus des conteneurs 7, dans le cas d’un navire porte-conteneurs. Cette libération est nécessaire pour permettre la préhension de ces conteneurs par des grues lorsque le navire se trouve à quai. On notera qu’une telle modularité n’est pas nécessaire dans le cas d’un navire tel qu’un pétrolier, où des manœuvres de grues au-dessus du navire ne sont pas prévues. Les différents modes d’utilisation de la force du vent (éoliennes 37, turbines 61, voiles orientables 39, voiles libres 75) permettent de tirer le meilleur parti du vent pour propulser le navire. On notera que, de manière avantageuse, l’installation selon l’invention peut être montée sur n’importe quel navire existant, sans nécessiter d’adaptation particulière de celui-ci. Naturellement, l’invention est décrite dans ce qui précède à titre d’exemple. Il est entendu que l’homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l’invention sans pour autant sortir du cadre de l’invention. C’est ainsi par exemple que l’on peut envisager uniquement deux planchers, ou plus de trois planchers pour le portique 11. De même, on peut envisager moins de quatre, ou plus de quatre modules formant ce portique. Le nombre d’éoliennes 37, de turbines 61, de voiles orientables 39, de voiles libres 75 dépend bien entendu de la taille du navire considéré, et fera l’objet de calculs en fonction des besoins énergétiques nécessaires à la propulsion de chaque navire. C’est ainsi aussi que l’installation selon l’invention pourrait être adaptée à une plate-forme de poussage indépendante du navire lui-même, une telle plate-forme pouvant alors coopérer avec différents navires. Il n’est donc alors pas nécessaire que le navire présente lui-même des moyens de propulsion électrique, la plate-forme de poussage assurant ce mode de propulsion entre les ports de départ et de destination. Comme cela est visible sur la figure 12, on peut également envisager d’adapter l’installation selon l’invention sur un navire de remorquage 80, pouvant tirer un navire 81 au moyen d’une pluralité de câbles 83. Des amortisseurs anti-choc sont prévus dans les câbles 83, afin de supprimer les chocs lors de la mise sous tension de ces câbles, et de permettre de maintenir ces câbles sous tension la plupart du temps. Le navire de remorquage 80 peut par exemple être un trimaran comprenant une coque centrale et deux coques latérales, sur lesquelles est fixée une structure métallique supportant les différents étages de l’installation selon l’invention. Il peut y avoir trois étages comme décrit précédemment, mais aussi deux étages, quatre étages ou plus. Chacune des trois coques du trimaran peut être munie d’une hélice entraînée par un moteur électrique, les moteurs électriques étant alimentés par des batteries situées dans la coque centrale. On peut aussi combiner une plate-forme de poussage ou un navire de remorquage équipés d’une installation selon l’invention, avec un navire à pousser ou à remorquer lui-même équipé d’une telle installation : on peut de la sorte atteindre 100% de propulsion du navire par des énergies renouvelable. Installation (3) de production d’électricité pour navire (1), comprenant au moins un portique (11) supportant au moins un premier étage (15) équipé d’une pluralité d’éoliennes (37) et, au-dessus de ce premier étage (15), un second étage équipé d’une pluralité de panneaux photovoltaïques (74). Installation (3) selon la revendication 1, dans laquelle ledit portique (11) supporte : - un premier étage (15) équipé d’une pluralité d’éoliennes à axes verticaux (37) et de voiles orientables (39) autour d’axes verticaux (53), - un deuxième étage (17) équipé d’une pluralité d’éoliennes à axes verticaux (37) et de turbines (61), et - un troisième étage (19) équipé d’une pluralité de panneaux photovoltaïques (74). Installation (3) selon la revendication 2, dans laquelle lesdites éoliennes à axes verticaux (37) comprennent chacune une partie inférieure (43) de plus grand diamètre et une partie supérieure (41) de plus petit diamètre. Installation (3) selon l’une des revendications 2 ou 3, dans laquelle lesdites voiles orientables (39) comprennent chacune deux panneaux de voiles (49, 51) pouvant être orientés autour d’un axe vertical commun (53). Installation (3) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ledit portique (11) comprend une pluralité de modules (21, 23, 25, 29) incorporant chacun des portions de plancher, et des moyens (29, 35) pour faire coulisser ces modules par rapport à la coque (5) du navire (1). Installation (3) selon la revendication 5, dans laquelle lesdits moyens de coulissement comprennent des rails (29) aptes à être montés sur la coque (5) du navire (1), et des roues (35) montées aux pieds des poteaux (13) desdits modules (21, 23, 25, 29). Installation (3) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre au moins une voile libre (75) reliée audit portique (11) par des câbles (75). Installation (3) selon la revendication 7, comprenant au moins un drone (79) de guidage de ladite voile libre (75). Navire (1) équipé d’une installation conforme à l’une quelconque des revendications précédentes. Plateforme de poussage ou de remorquage de navire, équipée d’une installation conforme à l’une quelconque des revendications 1 à 8.