Brevet FR3125015A1 — publié le 20230113

L’invention concerne un navire (100) multicoques amphidromes de type prao pacifique, comprenant une coque (101) et un flotteur (102) parallèle à la coque, la coque et le flotteur étant liés par une poutre (130) la coque portant un gréement rotatif de type Flettner (111, 112) apte à produire une poussée perpendiculaire à la fois à son axe de rotation (110) et à la direction du vent (180), qui, en l’absence de vent est incliné d’une gîte d’angle α vers le flotteur (102). L’invention concerne également un système mettant en œuvre un tel navire pour la collecte d’énergie éolienne dans une batterie de stockage placée dans le flotteur et un procédé pour l’embarquement et le débarquement d’une telle batterie. Navire et système adaptés à la collecte d’énergie éolienne distante et nomade L’invention concerne un navire et un système capables de collecter de manière nomade de l’énergie éolienne au large, de la stocker sous une forme chimique, dans une batterie, sous forme de dihydrogène , en carburant de synthèse ou e-fuel , puis de la ramener à un point de collecte, par exemple à terre. Un tel navire, présente l’avantage de se déplacer vers des zones ventées et de suivre des dépressions de sorte à maximiser le facteur de charge de la production électrique, tout en supprimant les besoins d’ancrage des structures fixes de type éoliennes. Les installations éoliennes dites offshore, sont réputées permettre d’obtenir des facteurs de charge plus élevés que les installations éoliennes terrestres. Le facteur de charge est défini comme le ratio de l’énergie électrique produite par le générateur, mû par la force éolienne durant une période de référence, généralement 1 an, par la quantité théorique d’énergie qui aurait été produite sur la même période de référence si le générateur avait produit à sa pleine puissance sur la même période. Ainsi ce facteur de charge est un paramètre composite qui tient compte à la fois de la performance du moyen en lui-même, c’est-à-dire sa puissance de production en fonction de la vitesse du vent pour une éolienne, des arrêts pour maintenance et des taux de pannes sur la même période de référence, mais aussi de l’environnement dans lequel ce moyen produit, qui définit la fréquence et l’intensité des épisodes venteux. Ainsi l’éolien terrestre affiche des facteurs de charge compris entre 20 % et 25 %, l’éolien au large des facteurs de charge compris entre 40 % et 60 %, favorisé par la constance et la puissance des vents au large. Toutefois le développement de l’éolien offshore est limité par plusieurs facteurs. La profondeur du plancher océanique qui au-delà d’une certaine profondeur augmente les coûts d’installation de manière très importante. La distance par rapport à la côte, qui nécessite de tirer des câbles sous-marins pour ramener l’électricité produite. Ainsi les installations éoliennes en mer restent peu éloignées des côtes où leur exploitation entre en compétition avec des usages rivaux (navigation, pêche…) et où elles ne peuvent tirer pleinement avantage de la constance et de la puissance des vents. Il existe aussi des systèmes d’éolien flottants, installés au large et stockant l’énergie qu’ils produisent sous forme de dihydrogène par électrolyse de l’eau. L’hydrogène ainsi produit est collecté de temps à autre par un navire adapté et ramené à la côte. Toutefois dans ce dernier cas la production reste tributaire de la météo au lieu d’amarrage de l’éolienne, et du système de collecte. La demande de brevet co-pendante FR2101157 décrit un navire de type catamaran pourvu d’un gréement rotatif de type Flettner, apte à la collecte nomade de l’énergie éolienne au large, et à stocker cette énergie de manière chimique. Ce navire est équipé d’hydroliennes sous ses flotteurs, lesquelles hydroliennes sont entraînées en rotation lorsque le navire se déplace et produisent de l’électricité. Le navire entre ainsi de temps à autre dans un port pour que soit récupérée l’énergie ainsi stockée. Si ce système donne globalement satisfaction il reste améliorable dans son efficacité. Ainsi le gréement de type Flettner, produisant une poussée à la fois perpendiculaire au vent et à l’axe de rotation du rotor, fait qu’en conditions de vent idéales vis-à-vis de la production électrique, le navire prend de la gîte sous l’effet du vent ce qui réduit l’efficacité du gréement dont l’axe de rotation n’est alors plus perpendiculaire au vent. Par ailleurs, les dimensions du navire sont telles que seules des installations portuaires conséquentes sont aptes à l’accueillir pour le débarquement des moyens de stockage de l’énergie. Le document US 2015/027125 décrit un navire de type catamaran comprenant 4 rotors Flettner et des hydroliennes réversibles, permettant d’utiliser ces dernières pour produire et stocker de l’électricité lorsque le navire et mû par les voiles et d’utiliser cette énergie stockée pour propulser le navire en cas d’absence de vent, en utilisant les hydroliennes en mode propulseur. Le document WO 2010/00277 décrit un dispositif de production d’énergie électrique à partir des courants marins comprenant une partie flottante et une partie immergée. Le document US 2005/0252764 décrit un navire multicoque à voile et des hydroliennes pour produire de l’électricité lors du mouvement du navire poussé par son gréement et de produire du dihydrogène par électrolyse de l’eau au moyen de l’électricité ainsi produite. L’invention vise à résoudre les inconvénients de l’art antérieur et concerne à cette fin un navire multicoque amphidrome de type prao pacifique, comprenant une coque produisant un premier déplacement en fonction de son tirant d’eau et un flotteur parallèle à la coque produisant un second déplacement en fonction de son tirant d’eau, le flotteur et la coque étant liés par une poutre et distant l’un de l’autre d’une distance y , la coque portant un gréement rotatif de type Flettner apte à produire une poussée perpendiculaire à la fois à son axe de rotation et à une direction du vent, dans lequel la poutre lie le flotteur à la coque selon une position verticale relative du flotteur par rapport à la coque de sorte que, le navire étant chargé et en l’absence de vent, les tirants d’eau de la coque et du flotteur sont tels que le navire est incliné d’une gîte d’un angle α vers le flotteur. Ainsi, l’inclinaison en contre gîte du navire permet de redresser celui-ci dans les régimes de vent favorables et ainsi d’augmenter l’efficacité du gréement Flettner. L’invention est mise en œuvre selon les modes de réalisation et les variantes exposées ci-après, lesquels sont à considérer individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante. Selon un mode de réalisation, l’angle α est supérieur ou égal à 8°. Ce mode de réalisation est adapté à un fonctionnement du navire dans une plage de vitesses de vent comprise entre 8 et 30 nœuds (3 à 7 beauforts). Selon un mode de réalisation, la coque comporte deux gréements rotatifs de type Flettner. Avantageusement, chaque gréement Flettner comprend 2 tronçons superposés selon son axe de rotation et comprend à la jonction entre lesdits deux tronçons une liaison par hauban entre le gréement et le flotteur. Ce mode de réalisation permet de répartir le couple de basculement en roulis exercé au pied de chaque gréement Flettner. Selon une variante de ce mode de réalisation, le gréement rotatif Flettner, comprend un mât central, et une pluralité de tronçons superposés selon son axe de rotation, chaque tronçon de la pluralité comprenant une toile en forme de caténoïde, tendue entre deux cerceaux coaxiaux centrés sur l’axe de rotation, liés au mât central et séparés l’un de l’autre parallèlement à l’axe de rotation du gréement rotatif, de sorte à exercer sur la toile une traction parallèle à l’axe de rotation du gréement rotatif, lesdites toiles formant la surface aérodynamique du gréement rotatif. Cette variante permet d’alléger le gréement Flettner. Selon un mode de réalisation avantageux, le flotteur comprend un volume ballastable et des moyens pour remplir et vider ledit volume ballastable. Ainsi la gîte du navire est modifiable par le contrôle du ballast. Avantageusement, la coque comprend une hydrolienne immergée apte à produire de l’électricité par le mouvement du navire et le flotteur comprend une batterie de stockage apte à stocker l’électricité produite par ladite hydrolienne, ladite batterie de stockage étant liée au flotteur de manière amovible par des moyens de verrouillage de sorte à pouvoir être embarquée et débarquée. Cette caractéristique associée à la possibilité de ballastage du flotteur, permet d’échanger la batterie de stockage en mer, alors que le navire est au mouillage, sans nécessité de rejoindre un port. Ainsi, l’invention concerne également un système pour la collecte de l’énergie éolienne sous forme d’électricité comprenant un navire selon l’invention et une bouée d’amarrage, dans lequel la batterie de stockage comprend des moyens pour assurer sa flottaison. Avantageusement, le navire comprend entre la coque et le flotteur un dispositif de halage pour embarquer ou débarquer la batterie de stockage du flotteur. Selon un mode de réalisation avantageux, la batterie de stockage flottante du système objet de l’invention comprend des moyens de propulsion. Dans le cas où la batterie de stockage flottante ne comprend pas ses propres moyens de propulsion, le système comprend une deuxième bouée d’amarrage destinée à la batterie de stockage, de sorte à amarrer ladite batterie au cours d’un échange. Selon un mode de réalisation avantageux le système de collecte comprend un satellite de télécommunication et une station de contrôle distante du navire, le navire et la station de contrôle comprenant des moyens pour établir une liaison radio avec le satellite de télécommunication, la station de contrôle pilotant le navire à distance via la liaison radio. Ce mode de réalisation permet la collecte d’énergie sans qu’un équipage ne soit à bord du navire. L’invention concerne également un procédé pour le débarquement d’une batterie de stockage du système objet de l’invention comprenant les étapes consistant à : i) amarrer le navire à la bouée d’amarrage ; ii) ballaster le flotteur de sorte à incliner le navire ; iii) sortir la batterie de stockage de son logement par treuillage ; iv) évacuer la batterie de stockage. L’invention concerne également un procédé pour l’embarquement d’une batterie de stockage sur le navire du système objet de l’invention, comprenant les étapes consistant à : a) amarrer le navire à la bouée d’amarrage ; b) ballaster le flotteur de sorte à incliner le navire ; c) amener la batterie de stockage entre le flotteur et la coque du navire ; d) treuiller la batterie de stockage dans son logement du flotteur ; e) déballaster le flotteur et verrouiller la batterie de stockage dans son logement. L’invention est mise en œuvre selon ses modes de réalisation préférés, nullement limitatifs, et en référence aux figures 1 à 7 dans lesquelles : Fig.1 représente selon une vue schématique en perspective un exemple de réalisation du navire objet de l’invention ; Fig.2 montre schématiquement le navire objet de l’invention selon une vue de face en l’absence de vent ; Fig.3 est la même vue que la mais en présence de vent et comprend une vue de détail schématique de la jonction entre le mât et un hauban ; Fig. 4 montre le navire objet de l’invention de face avant le ballastage du flotteur ; Fig.5 montre selon la vue de la , le treuillage dans ou hors de son logement d’une batterie de stockage après ballastage du flotteur ; Fig.6 représente un synopsis en vue de dessus du procédé d’échange d’une batterie de stockage dans le système objet de l’invention ; Fig.7 est une vue schématique de profil d’un exemple de réalisation d’un bateau-batterie ; Fig.8 représente de manière schématique les coupes au maître de la coque et du flotteur non liés par une poutre et leurs positions de flottaison individuelles ; Fig.9 montre une coupe au maître schématique du navire et les positions de flottaison relatives du flotteur et de la coque lorsqu’ils sont liés par une poutre. ; Fig.10 est une vue partielle en coupe AA définie d’un exemple de réalisation d’un gréement Flettner. Fig.11 représente schématiquement un mode de réalisation du système comprenant un satellite et une station de commande à distance. Dans un but de clarté les figures sont schématiques et représentent individuellement chaque caractéristique de l’invention. Sauf indication spécifique, toutes ces caractéristiques peuvent être combinées en partie ou en totalité sur le même navire. Navire (100) multicoque amphidrome de type prao pacifique, comprenant une coque (101) produisant un premier déplacement en fonction de son tirant d’eau et un flotteur (102) parallèle à la coque produisant un second déplacement en fonction de son tirant d’eau, le flotteur et la coque étant liés par une poutre (130) et distants l’un de l’autre d’une distance y (904), la coque portant un gréement rotatif de type Flettner (111, 112) apte à produire une poussée perpendiculaire à la fois à son axe de rotation (110) et à une direction du vent (180), caractérisé en ce que la poutre (130) lie le flotteur (102) à la coque (101) selon une position verticale relative (903) du flotteur par rapport à la coque de sorte que le navire étant chargé et en l’absence de vent, les tirants d’eau de la coque et du flotteur sont tels que le navire est incliné d’une gîte d’un angle α vers le flotteur (102). Navire selon la revendication 1, dans lequel l’angle α est supérieur ou égal à 8°. Navire selon la revendication 1, dans lequel la coque comporte 2 gréements rotatifs de type Flettner (111, 112). Navire selon la revendication 1, dans lequel un gréement rotatif Flettner comprend 2 tronçons (311, 312) superposés selon son axe de rotation (110) et qu’il comprend à la jonction entre lesdits deux tronçons une liaison par hauban (315) entre la voile est le flotteur (102). Navire selon la revendication 4, dans lequel la liaison par hauban (315) à la jonction entre lesdits tronçons (311, 312) est protégée par un capotage (316) aérodynamique. Navire selon la revendication 4, dans lequel le gréement rotatif Flettner, comprend un mât central, et une pluralité de tronçons (1001, 1002) superposés selon son axe de rotation (110), chaque tronçon de la pluralité comprenant une toile (1030) en forme de caténoïde, tendue entre deux cerceaux (1010) coaxiaux centrés sur l’axe de rotation (110), liés au mât central et séparés l’un de l’autre parallèlement à l’axe de rotation du gréement rotatif, de sorte à exercer sur la toile une traction parallèle à l’axe de rotation du gréement rotatif, lesdites toiles formant la surface aérodynamique du gréement rotatif. Navire selon la revendication 1, dans lequel le flotteur (102) comprend un volume ballastable (450) et des moyens pour remplir et vider ledit volume ballastable. Navire selon la revendication 7, dans lequel la coque (101) comprend une hydrolienne (120) immergée apte à produire de l’électricité par le mouvement du navire et que le flotteur comprend une batterie de stockage (520) apte à stocker l’électricité produite par ladite hydrolienne, ladite batterie de stockage étant liée au flotteur (102) dans un logement (421) de manière amovible par des moyens de verrouillage de sorte à pouvoir être embarquée et débarquée. Système de collecte de l’énergie éolienne sous forme d’électricité comprenant un navire (100) selon la revendication 8 et une bouée (601) d’amarrage, dans lequel la batterie de stockage (520) comprend des moyens pour assurer sa flottaison. Système selon la revendication 9, dans lequel le navire comprend entre la coque et le flotteur un dispositif de treuillage (430, 431, 432) pour embarquer ou débarquer la batterie de stockage (520 1 , 520 2 ) du flotteur. Système selon la revendication 10 dans lequel la batterie de stockage (700) comprend des moyens de propulsion. Système selon la revendication 9, comprenant une deuxième bouée d’amarrage destinée à la batterie de stockage. Système selon la revendication 9, comprenant en outre un satellite de télécommunication (1190) et une station de contrôle distante du navire, le navire et la station de contrôle comprenant des moyens pour établir une liaison radio avec le satellite de télécommunication, la station de contrôle pilotant le navire à distance via la liaison radio. Procédé pour le débarquement d’une batterie de stockage (520 1 ) d’un système selon la revendication 12 comprenant les étapes consistant à : i) amarrer (610) le navire à la bouée d’amarrage (601) ; ii) ballaster (615) le flotteur de sorte à incliner le navire ; iii) sortir la batterie de stockage de son logement (421) par treuillage (630) ; iv) évacuer (640) la batterie de stockage. Procédé pour l’embarquement d’une batterie de stockage (520 2 ) sur le navire d’un système selon la revendication 12, comprenant les étapes consistant à : a) amarrer (610) le navire à la bouée d’amarrage ; b) ballaster (615) le flotteur de sorte à incliner le navire ; c) amener (645) la batterie de stockage entre le flotteur et la coque du navire ; d) treuiller (650) la batterie de stockage dans son logement du flotteur ; e) déballaster (665) le flotteur et verrouiller (670) la batterie de stockage dans son logement (421).