Brevet FR3113703A1 — publié le 20220304

Dispositif de récupération d’énergie houlomotrice de train de vagues caractérisé en ce qu’une aile de foil horizontale, positionnée à proximité des côtes au fond, récupère le mouvement horizontal des particules d’eau au passage des trains de vague et transcrit les efforts captés en un mouvement vertical qui est récupéré et convertit en énergie électrique par un convertisseur (17) logé sous l’eau dans un socle (15) relié par un réseau filaire (18) à une centrale au-dessus du niveau de Figure pour l’abrégé : Fig. 4 Houlomoteur à récupération horizontale sur fond côtier. La présente invention concerne un dispositif de récupération d’énergie houlomotrice de train de vagues provenant d’efforts alternés à cisaillement horizontal par le fond. Par énergie houlomotrice, il est entendu l’énergie des vagues. Par cisaillement horizontal, il est entendu des efforts de va et vient opposés qui alternent sur une plan sensiblement horizontal. Par le fond il est entendu que la récupération des efforts se fait sur le fond de l’eau à proximité du sol et préférentiellement très proche de la côte. L’invention vise à récupérer un type particulier d’efforts naturels de la force des vagues qui aujourd’hui ne sont adressés par aucune solution. L’invention vise particulièrement à récupérer quand il est possible et rentable, les efforts provenant des déplacements horizontaux des flux d’eau au passage des vagues à proximité du fond. L’invention précise également la façon de récupérer ces efforts par un dispositif particulièrement astucieux. En effet, l’art antérieur qui travaille à obtenir une énergie renouvelable à la base d’énergie houlomotrice issue de la force des vagues a pour l’instant uniquement adressé la récupération d’un certain type d‘efforts provenant de l’énergie houlomotrice des vagues, à savoir par la récupération de son énergie cinétique de surface, avec plusieurs solutions qui existent pour absorber la variation d’’énergie des flotteurs qui sont contraints par le passage des vagues. Sur le fond, avec un seul brevet, par la récupération de l’effort de pression vertical des vagues dû à la variation d’énergie potentielle qui se porte sur la colonne d’eau au passage des vagues au-dessus des récupérateurs. En bref, les seules solutions de l’art antérieur existantes pour récupérer de l’énergie houlomotrice des vagues portent sur des récupérateurs astucieux qui absorbent les variations d’énergie cinétique en surface des vagues et potentielle au fond de l’eau lors du passage de la vague. La récupération se fait, soit par le haut, soit par le bas, avec le principe d’une colonne d’eau qui applique une variation de pression à l’aplomb vertical du passage de la vague. Cette variation de pression étant récupérée par différents moyens connus. Il existe notamment le brevet US 2009 / 025382 qui décrit des flotteurs qui récupèrent une énergie transversale de surface. Ces flotteurs ne viennent pas récupérer une énergie de mouvement horizontal par le fond. Il existe le brevet WO 2010/126378 qui décrit la récupération par une aile de mouvement de marées qui sont continus sur plusieurs minutes et qui ne correspondent pas à des mouvements cycliques alternés rapides comme ceux du passage d’un vague. Et dont par ailleurs le dispositif est totalement inadapté à une récupération de mouvements cycliques à cisaillement horizontaux périodiques. Il existe le brevet GB 2412 143 qui décrit une structure lourde par haute profondeur avec des ailes de récupération de mouvement de marées. A nouveau ces dispositifs ne décrivent pas de procédé de récupération par le fond près des côtes des trains de vagues qui s’échouent sur la cote. La présente invention vise elle à récupérer des efforts sensiblement horizontaux au passage des vagues. Ces efforts sont mal connus et quasi invisibles. Ils ne sont pas encore travaillés par aucune solution existante de l’art antérieur. En effet, il est peu connu que le mouvement des vagues qui sont un train d’onde qui sont visibles en surface, enclenchent un mouvement sur toute la colonne d’eau au passage de la vague. Ce mouvement d’eau est pour chaque particule d’eau au passage de l’eau, dans le référentiel terrestre courant, un mouvement circulaire puis elliptique à l’approche des hauts fonds. L’addition du mouvement circulaire ou elliptique de chacune des particules d’eau forme au final une vague dont le déplacement et la manifestation sont visibles en surface. La modélisation des mouvements des particules d’eau a fait l’objet de publications scientifiques. Il est notamment connu, l’équation mathématique de la trajectoire d’une particule d’eau au passage d’une longueur d’onde de vague. Dans un régime non déferlant, cette trajectoire est fermée et a la forme selon la profondeur d’un cercle ou d’une ellipse. Au niveau de la surface, la trajectoire d’une particule d’eau se rapproche d’un cercle, au niveau fond, dans certaines configurations mathématiques qui tiennent en compte de la fréquence de l’onde de vague et de la hauteur de la colonne d’eau entre le niveau de l’eau et celui du fond, la trajectoire devient elliptique et s’aplatit progressivement. Elle va dans certaines configurations adopter un format d’ellipse très voir totalement aplatie, soit pour les particules à cette altitude, à un mouvement sensiblement horizontal de va et vient du flux d’eau. Cette forme de trajectoire se trouve à une profondeur bien particulière et elle dépend notamment de la hauteur de colonne d’eau et de la fréquence ondulatoire du train de vagues. Dans un aspect principal, l’invention propose un houlomoteur à récupération horizontale à proximité du fond en bord de côte. Dans un aspect le récupérateur est constitué d’un foil, ou hydroptère, qui est une aile de portance bien connue en nautisme, dont l’arbre de maintien coulisse au sein d’un dispositif de récupération d’énergie. L’aile de foil qui est traversée par les mouvements horizontaux de l’eau et soumis à un effet de portance alternativement positive et négative et oscille donc autour d’une position d’équilibre. Un arbre vertical le maintien oscille donc verticalement et ce mouvement de l’arbre à travers le dispositif de récupération d’énergie est un générateur électrique. Les moyens de génération d’électricité sont connus et utilisent par exemple des bobinages conducteurs avec une transformation d’énergie mécanique en énergie électromagnétique. Dans un aspect la position du foil est calculée au moyen d’un calculateur et optimisée pour maximiser le rendement énergétique. Un objet principal de l’invention est donc bien de proposer un système de récupération d’énergie houlomotrice qui soit facilement industrialisable, dont le prix de revient à la fabrication soit raisonnable, dont l’entretien soit facile, dont la durée de vie soit longue, et dont la rentabilité énergétique soit optimale. Une grande qualité de l’invention est que le travail de gros œuvre pour l’implantation et l’entretien et l’envoi de l’énergie sur les réseaux est moins couteux que les solutions de pleine mer, car l’accès à proximité des côtes et bien entendu beaucoup plus facile et proche qu’en pleine mer. Un objet de l’invention est de pouvoir récupérer de l’énergie par quasiment toutes les conditions de météo et de vague, amplitude de vague, fréquences de vague, vent, pluie, qualité de l’eau. Un objet de l’invention est de fonctionner quel que soit l’orientation des trains de vagues. L’invention par l’utilisation d’un foil qui est une aile symétrique autour de son axe d’oscillation s’oriente naturellement face au train de vague pour absorber son énergie. La solution sera mieux comprise à la lecture des figures annexées sur les lesquelles : représente une vue de principe du dispositif dans son environnement représente une vue de principe de deux trajectoires de particules d’eau représente une vue de face de l’invention dans un mode dit de foil représente une vue de côté de l’invention dans un mode dit de foil représente une vue de principe du dispositif dans son environnement avec le niveau de l’eau (M), le bassin d’eau étant préférentiellement une mer ou un océan mais pouvant aussi être un lac ou une rivière pour peu que des vagues y soient générées. Le fond marin (S) se trouve à une hauteur (H) sous le niveau de l’eau. Au fur et à mesure que la mer se rapproche de la côte, la hauteur d’eau (H) baisse. Sur le fond, dans une proximité de la côte particulière déterminée, les exploitants positionnent l’houlomoteur (10) récupérateur d’énergie des vagues. Sur ce dessin, l’houlomoteur (10) est positionné au fond de l’eau de façon à capter un mouvement particulier des particules d’eau par le fond. représente une vue de principe de deux trajectoires de particules d’eau avec une forme sensiblement circulaire pour une particule d’eau de surface, qui va a une ellipse aplatie pour une particule d’eau de fond. L’aplatissement de l’ellipse répond à une formule mathématique qui a comme paramètre notamment la longueur d’onde des vagues, l’amplitude des vagues, et la hauteur d’eau (H). L’objet de l’invention est de disposer l’houlomoteur (10) a une altitude telle que la trajectoire des particules d’eau adoptent une ellipse quasi plate. A cette altitude, l’effort de poussée horizontal dans un mouvement de va et vient sera maximum. L’invention tient à convertir cet effort de poussée horizontal en énergie. représente une vue de face de l’houlomoteur (10) dans un mode dit de foil. Dans ce mode, un socle (15), ancré dans le sol soit par sa gravité, soit par des ancrages spécifiques, est disposé sur le fond. Au-dessus du socle (15) affleure l’aile de foil (12) qui est montée sur un arbre (13). L’arbre (13) est monté sous le centre de gravité de l’aile de foil. L’aile de foil, vue de face, est symétrique. L’arbre de foil (13) est monté astreint coulissant verticalement vis-à-vis du socle (15) dans un puits de foil (14). L’arbre de foil est monté libre en rotation angulaire dans le puits de foil (14). De cette façon, quel que soit l’orientation des flux de vague, le foil s’oriente comme une girouette face au flux de vague. Sous les efforts de fond des mouvements d’eau, l’aile de foil est alternativement poussée vers le haut et vers le bas. Le mouvement de l’arbre de foil (13) en translation vertical dans le puits de foil (14) est récupéré par des moyens connus qui peuvent être mécanique et / ou électromagnétique. Ce mouvement est récupéré et convertit en énergie électrique par un convertisseur (17). représente une vue de côté de l’houlomoteur dans un mode dit de foil. Il est apparent que l’aile de foil présente un profil aérodynamique qui donne une portance lorsque l’aile de foil traverse un fluide. Le mouvement de l’arbre d’aile de foil à qui est transmis le mouvement vertical est récupéré par un récupérateur d’énergie, qui transmet le courant électrique crée à travers un réseau filaire (18) qui est relié à une centrale électrique qui est positionné sur un ponton ou sur le sol au-dessus du niveau de la mer. Il est entendu que la position d’équilibre assurée par un mécanisme de rappel ou de lestage positionne le foil à une position d’équilibre gravitaire au niveau où il sera positionné pour prendre le maximum de flux horizontal. En bref, la position d’équilibre du foil sous l’eau est réglable pour atteindre un équilibre sur l’axe vertical et générer un mouvement oscillatoire autour de cette position au passage du flux et reflux des particules d’eau. L’incidence d’attaque du foil est aussi réglable pour optimiser le rendement des efforts de portance et / ou d’absence de portance. Un calculateur pilote un dispositif mécanique de positionnement de foil qui positionne le foil sous l’eau pour optimiser le rendement énergétique de son mouvement oscillatoire selon l’axe vertical qui génère la récupération de l’énergie houlomotrice de fond. Le dessus de l’aile de foil peut être équipé d’un aileron vertical pour contrecarrer un effet girouette. L’arbre de foil (13) peut être entouré d’une chaussette qui évitera à des grains de sable de venir perturber et freiner les oscillations. La présente invention est donc bien un dispositif de récupération d’énergie houlomotrice de train de vagues caractérisé en ce qu’il est constitué d’un capteur d’efforts horizontaux (12) par le fond (S) à proximité des côtes provenant du mouvement des particules d’eau au passage des trais de vague qui transcrit les efforts captés en un mouvement vertical qui est récupéré et convertit en énergie électrique par un convertisseur (17) logé sous l’eau dans un socle (15) relié par un réseau filaire (18) à une centrale au-dessus du niveau de l’eau. La présente invention concerne donc un dispositif de récupération d’énergie houlomotrice de train de vagues que le capteur d’effort (12) est une aile de foil horizontale montée sur un arbre vertical (13) qui coulisse en translation verticale dans un puits de foil (14). La présente invention concerne donc un dispositif de récupération d’énergie houlomotrice caractérisé en ce que un calculateur pilote en fonction des paramètres de houle, de géolocalisation et de marée, un dispositif mécanique de positionnement de la profondeur d’attaque du foil et de son angle d’incidence sous l’eau pour optimiser le rendement énergétique de son mouvement oscillatoire selon l’axe vertical qui génère la récupération de l’énergie houlomotrice. Il est entendu que la présente invention peut présenter des variantes qui seront incluses au-delà du périmètre direct de la présente description par analogie, équivalent ou transposition. Dispositif de récupération d’énergie houlomotrice de train de vagues caractérisé en ce qu’il est constitué d’un capteur d’efforts horizontaux (12) par le fond (S) à proximité immédiate des côtes qui récupère les efforts alternés à cisaillement horizontal des particules d’eau sous l’effet de la propagation des train de vagues qui s’échouent sur le bord et transcrit ces efforts en un mouvement d’une partie mobile verticalement (12, 13) du capteur d’efforts horizontaux (12), ce dit mouvement étant convertit en énergie électrique par un convertisseur (17) logé sous l’eau dans un socle (15), le convertisseur est relié par un réseau filaire (18) à une centrale au-dessus du niveau de l’eau, le capteur d’effort (12) est une aile de foil horizontale ou hydroptère montée sur un arbre vertical (13) qui coulisse en translation verticale dans un puits de foil (14) dont la variation verticale se fait par l’alternance d’une conversion du mouvement horizontal des particules d’eau qui dans le flux se traduit par une portance verticale du foil et dans le reflux d’une absence de portance. Dispositif de récupération d’énergie houlomotrice selon la revendication 1 caractérisé en ce que un calculateur pilote en fonction des paramètres de houle, de géolocalisation et de marée, un dispositif mécanique de positionnement de la profondeur d’attaque du foil et de son angle d’incidence sous l’eau pour optimiser le rendement énergétique de son mouvement oscillatoire selon l’axe vertical qui génère la récupération de l’énergie houlomotrice