Brevet FR3115952A1 — publié le 20220506

Hors bord véloce à propulsion Magnéto-Hydro-Dynamique respectueux de l’environnement et extrêmement économique dans son utilisation pouvant par ses performances rivaliser avec des hors bords polluants et bruyants et pouvant également offrir une possibilité d’immersion sous l’eau. Ce modèle ouvre une porte applicative au système photovoltaïque pour les moyens de transports marins, avec une exigence de surface beaucoup plus abordable et beaucoup moins encombrante. C’est un monoplace de course qui peut être utilisé à des fins de tourisme sous marins ou pour organiser du transport de personnes de port à port ou pour garder des côtes efficacement contre les trafiquants, les requins attaquants les surfeurs, sans besoin de retour sur base intempestif pour faire le plein. On peut les utiliser à des fins de prospection sous-marine, en tant que drone sous marin autonome également. Fig.2 pour Abrégé Hors Bord - Sous-Marin MHD Véloce et respectueux de l’environnement. 1 er Constat : Un bateau doit toujours être bien entretenu du fait que sa coque et son hélice vont voir une biologie naturelle parasitaire venir se fixer sous la ligne de flottaison et freiner le mouvement propulsif de sa coque lisse d’origine/l’eau. Cela va augmenter sa consommation. Réduire cette surface sans réduire la taille du bateau peut s’avérer économiquement intéressant pour économiser du carburant, mais également pour limiter le temps et le coût de son entretien. Plus la surface dans l’eau est parallèle à la direction de la trajectoire du bateau, plus la surface qui s’oppose à l’avance du bateau est réduite, plus la consommation décline et plus l’accélération et la vitesse de pointe peuvent être importantes. Plus la masse du bateau est importante, plus la ligne de flottaison s’enfonce dans l’eau. Il serait idéal de ne voir dans l’eau que le système de propulsion. Second constat : Les modules photovoltaïques ont pénétré le marché marin sur de beaux prototypes, mais la surface nécessaire à la production de puissance laisse ce type de modèle écologique derrière les modèles thermiques en terme de performances, parce qu’ils sont utilisés en dehors de leur vraie capacité de génération de courant. 3 ème constat : La Magnéto-Hydro-Dynamique MHD fonctionne bien avec de l’eau de mer. Les inventions proposées le démontrent mais présentent encore des circuits électriques de puissance et de commande inadaptés pour fonctionner de manière avantageuse. L’atout du système MHD est son silence de fonctionnement. L’erreur est de vouloir utiliser des générateurs de tension avec des anodes et des cathodes dans l’eau de mer pour provoquer un passage de courant faible croisant perpendiculairement à un flux magnétique desservit par des entrefers de fonctionnement trop large pour créer une vraie force de propulsion, dense et puissante. 4 ème constat : Les vagues qui lèvent un bateau de sa trajectoire idéale sont contreproductives pour avancer. Les bateaux ayant intégrés des tubes solidaires de leurs coques limitent les balancements, car l’inertie de la masse d’eau dans les tubes limite ce soulèvement. 5 ème Constat : Lorsque l’on soumet une eau conductrice salée à une tension électrique, on provoque une électrolyse chimique qui génère des polluants gazeux. 6 ème constat : Peu de personne savent utiliser et réaliser des transformateurs d’intensités pour transformer uniquement du courant. 7 ème constat : D’un point de vue électrique, l’eau salée est un bon conducteur. 8 ème constat : On trouve des bateaux et des sous marins, ainsi que des drones sous-marin aujourd’hui sur le marché. Le mouvement de ces derniers sous l’eau en profondeur n’est pas autonome et ils ne peuvent pas se déplacer rapidement sous l’eau ou en surface car leur architecture hydrodynamique ne leur permet pas (sauf pour les hors-bords sur l’eau). La communication en temps réel avec la surface n’est pas possible sauf si un câble de liaison permet un échange. Perspectives marchés: Pour limiter les coûts d’utilisation, les coûts de fonctionnement et les coûts d’entretien tout en augmentant les performances et la faculté à respecter l’environnement ; l’usage d’une forme différente de hors bord mérite de prendre place pour transformer les modèles de sport nautique d’abord, car la performance et le design marquent des prises de conscience et des positions permettant d’organiser ensuite les changements de fond afin de trouver dans un second temps des déclinaisons de ce modèle sport, pour créer des modèles professionnels et grands publics qui puissent circuler en surface et sous l’eau. En version civile, il peut aussi ouvrir un nouveau marché de tourisme sous-marin, sans abîmer l’environnement marin du fait que les pilotes sont au sec dans un cockpit clos, étanche, alimenté en air et ne sont pas en mesure de ramasser des coraux, des oursins ou autres richesses naturelles de la nature. Il n’ont plus à avoir peur des requins, comme les plongeurs, et ne peuvent pas polluer la mer avec des déchets jetés, comme le font certains depuis des bateaux, en surface. Les cartels de la drogue utilisant aujourd’hui des sous marins ont un outil d’une longueur d’avance / gardes côtes, car ce dispositif rend invisible le trafic sous-marin pour les différentes drogues livrées et les territoires Français, Corse et Dom Tom dont les longueurs de côtes sont importantes et sont mal équipés pour arrêter cette route de la soie des trafiquants. Ces longueurs de côtes sont une faiblesse structurelle que nous ne pouvons pas changer. Avoir des équipements qui surveillent les bruits des fonds marins est intéressant pour détecter la signature d’un sous marin-militaire ennemi. Si des sous marins de trafiquants inondent nos territoires de drogue, en étant détecté mais sans pouvoir être suivis discrètement et silencieusement pour saisir leur contenu, cela pose un problème. On ne peut pas mutualiser les moyens, faits pour défendre militairement un territoire contre une armée ennemie et en même temps apporter une aide à la lutte anti-drogue. C’est pourquoi un nouvel outil autonome et efficace, détaché à cette fonction est nécessaire et obligatoire. Les Surfeurs sont également victimes dans le Monde, d’attaque de requins sans qu’un dispositif rapide ne puisse faire peur aux carnivores féroces pour les éloigner ou pour prévenir les surfeurs de leur arrivée sur la zone d’activité nautique estivale. Avoir des Hors Bord marins autonomes, très rapides et qui peuvent disparaître sous l’eau est un avantage tactique dans la lutte contre la piraterie, dans certaines zones du Monde. La qualité des renseignements est stratégique pour combattre ce fléau de manière ciblée. Cahier des charges de l’invention : Le modèle doit être léger et fendre l’air au dessus de l’eau et fendre l’eau au dessous de l’eau en ne laissant dans l’eau que le système de propulsion actif. Son architecture reprendra la logique des cerceaux de contraintes uniques pour diminuer son coût de fabrication, son poids et offrir une rigidité fonctionnelle supérieure aux contraintes sous-marines / ingénierie. Voir (1) La propulsion (2) couplée au système de gouverne horizontale d’immersion (3) permettra de sortir ou d’immerger le hors bord de l’eau. Le modèle doit utiliser une solution MHD performante où le courant et le flux magnétique sont sur-amplifiés sur une grande longueur. Les aimants utilisés à cette fin, seront rendus unipolaires pour se libérer du rebouclage magnétique des aimants sur eux-mêmes par un dispositif à Magnéto Résistance Géante (GMR). Le produit des 2 grandeurs sur-amplifiées B et I, sur une grande longueur L développera alors une force de poussée permettant de fortes accélérations immédiates et une vitesse maximum importante. La bouée de communication flottante suiveuse permettra une communication permanente avec la surface pour téléphoner, transférer en temps réel les images des 4 caméras du Hors Bord, ou commander le hors bord en mode drone sous-marin, pour faire des recherches depuis la surface. La technologie laser comprendra un laser de positionnement pour orienter les 2 lasers de communication numérique. 3 Lasers de quelques dizaines de watts avec 3 couleurs différentes permettront une communication moderne, entre les fonds et la surface, par rapport aux liaisons filaires. La dégradation de la qualité de la liaison ou le niveau bas de batterie de la bouée de communication provoquera la remonté du Hors Bord ainsi que la reconnexion de la bouée au Hors Bord, et à défaut l’envoi de message de détresse et de position sur les canaux HF de la sécurité maritime. Etat de l’art : Le brevet JP2009073460A de Mr ASARI EIJI offre un concept MHD qui utilise un clapet hydraulique pour bloquer la force négative générée par son système lorsque le courant secondaire s’inverse sans pouvoir inverser le sens du flux simultanément sur son unique aimant fixe, comme il l’explique lui même au paragraphe 6 de ce brevet. Une boucle de courant d’eau est prévue pour laisser passer l’eau en inertie, pendant que l’alternance négative bloque le canal de circulation principal de propulsion. Dans l’invention JP2009073460A, le transformateur primaire est fait d’un bobinage supraconducteur. L’aimant est décrit comme supraconducteur également. L’invention précise que des tensions sont utilisées sur le transformateur d’induction électromagnétique qui génère le courant. Ce brevet reprend le système du brevet US 4818185A fonctionnant avec un flux alternatif. Le brevet US4608627A utilise un circuit électrique à condensateur pour alimenter des électrodes en MHD par un transformateur de tension. Le brevet RU27208556C1 approche une position azimutale par laser pour transmettre ensuite un signal radio juste en direction de la position donnée par le laser, dans l’espace, pour éviter les interceptions ou les brouillages. Perspectives de l’invention présentée : Pour que le produit de Bmax x Imax x Lmax soit une réussite, les grands entrefers sont contreproductifs car l’induction B chute dès qu’on s’éloigne du bord de l’aimant. Le courant amplifié doit donc croiser l’induction magnétique en rasant sa surface, là où B est la plus élevée. Pour que cela fonctionne, il faut donc intégrer le transformateur d’intensité en tant que pièce maitresse du propulseur MHD, pour que le fort courant de court-circuit dans l’eau salée soit directement à proximité du dispositif d’aimantation électrique ou d’aimantation naturelle. La tuyère indépendante des inventions existantes ou flux et courant se croisent sur une section courte de courte longueur font défaut à la longueur ou l’on multiplie Bmax et Imax, car F = BxIxL selon Laplace. En version flux continu et courant variable à sens unique : Pour faire augmenter l’intensité, utiliser plusieurs transformateurs d’intensités, en lieu et place d’un seul transformateur d’induction muni d’un bobinage supraconducteur, permet d’obtenir des courants très denses. En cela, l’invention présentée ici remplace le générateur de Thévenin unique du brevet cité, produisant une tension sur un transformateur d’induction; en un montage associant plusieurs générateurs de Norton, fonctionnant à la base uniquement avec du courant. En effet, si l’on cherche à juste produire un courant plus fort, il est plus économique énergétiquement de ne multiplier que le courant qu’on souhaite utiliser sans envoyer de tension multipliée par le courant sur un transformateur d’induction, qui lui fonctionne avec une tension d’alimentation. Une boucle d’eau salée est très conductrice. Si sa section est importante en largeur et en profondeur et que la longueur de la boucle qu’elle forme est courte, sa conductance sera excellente. Il est préférable pour le courant de ne circuler que dans une seule spire fermée. Pour que l’on puisse récupérer son effet sur toute la longueur de la boucle de courant, les aimants devront être placés sur toute la surface du tube entourant le circuit magnétique du ou des dernier(s) transformateur(s) immergé(s) sous l’eau . On s’appuiera également sur des procédés de perméabilité inférieure à zéro pour tirer profit de ces effets externes. En cas de choix de cumul de barre magnétiques de longueur moyenne, la multiplication du flux magnétique sur chaque section de propulsion peut se faire avec 1 montage d’aimants en cubes ouverts de 5 aimants, comme cela est déjà indiqué dans l’un de mes précédents brevets FR3003707A1. Ce montage permet d’augmenter par 5 la densité de flux de la polarité magnétique et augmente également la portée de l’induction du montage. L’enveloppe extérieure de ses cubes ouverts peut être recouverte d’un matériau à magnéto résistance géante afin de couper le rebouclage magnétique de chaque aimant sur lui-même, puis d’une épaisseur isolante électrique pour qu’aucune boucle de courant ne puisse être formée par plusieurs aimants en contacts. La multiplication du courant peut se faire grâce à des transformateurs de courants. Dans l’invention les transformateurs d’intensités faibles et d’intensités fortes s’auto-protègent mutuellement par une boucle de relayage commune. ils restent couplés en court-circuit par défaut pour ne pas se détériorer. La multiplication du courant primaire sur les transformateurs d’intensités peut se faire de manière à cumuler des courants de charge et de décharge simultanément sur 2 capacités, car pendant qu’un condensateur se charge, l’autre se décharge et vice-versa, mais les 2 courants empruntent le même chemin, au travers des bobinages primaires des transformateurs d’intensités. Les transformateurs de courants ne fonctionnent qu’avec un courant variable au primaire. Dans les transformateurs d’intensité, les courants peuvent être impulsionnels, comme pour les T.I. pilotant les gâchettes de thyristors de puissance ou totalement alternatifs, comme pour les T.I de mesure de courant forts. Ils ne peuvent pas transformer de courant constant ou continu fixe, car sans variation de courant primaire, il n’y a pas de variation de flux, donc pas de courant secondaire possible. Une composante continue n’est gênante qu’en tension sur un dispositif bobiné car le produit de U et de I fait chauffer la bobine en plus, mais sur un transformateur d’intensité, U est toujours absent, sauf si on veut contraindre le courant secondaire à un effort de passage. C’est pourquoi dans l’invention le court circuit dans l’eau salé est large et long, afin que le courant s’y déplace sans avoir à produire le moindre effort. Le courant à une fonction autonettoyante du système de propulsion, c’est pourquoi la propulsion sera mise en service de manière régulière, sur des temps très brefs si l’on choisit de le laisser un certain temps dans l’eau, sans l’utiliser. Conversion d’une source mobile autonome d’énergie : La solution d’une alimentation solaire photovoltaïque DC fournissant un courant stable en fonction de l’ensoleillement doit passer par des circuits LC séries afin d’onduler la forme du courant pour qu’il devienne variable en passant par les transformateurs d’intensités que l’on aura placés derrière un pont de Graetz pour n’orienter le passage du courant rendu variable que dans un seul sens, afin de produire un flux à sens unique variable quelque soit l’alternance d’entrée du courant. Les transformateurs d’intensité donnant des impulsions de gâchette au thyristor fonctionnent sur ce même principe. Dans l’invention, les « impulsions » de courants forts sont de formes sinusoïdales. Le courant variable passe toujours dans le même sens. Le brevet cité JP2009073460A ne peut pas prévoir de marche arrière sur le bateau MHD, car ce système est hydrauliquement bloqué par le clapet anti-retour, pour que cette fonction puisse exister ; alors qu’une marche arrière est nécessaire pour manœuvrer dans un port. L’invention présentée comprend un commutateur de marche avant ou marche arrière à partir des 4 contacts placés à l’intérieur du pont redresseur alimentant les 3 transformateurs d’intensités. L’action sur ce commutateur inverse simplement le sens du courant qui sera induit sur la partie MHD, pour inverser le sens de la propulsion de l’eau. Le hors bord MHD comprendra 2 modules photovoltaïques dont le second sera couplé au premier en parallèle en cas de climat gris ou servira en secours du premier en cas de défaillance de ce dernier. 1 seul module suffit pour fournir de 5 à 10 ampères sous tension réduite, car on ne cherche qu’à multiplier le courant. L’induction elle, est produite par les montages d’aimants. Le vaisseau comprendra 2 supers capacités ou 2 batteries, nécessaire pour propulser le vaisseau lorsqu’il sera immergé sous l’eau, sans rayonnement solaire directe possible, afin de produire les charges et les décharges de courants primaires sur des condensateurs, à la place des modules photovoltaïques. Les bobinages de charge et de décharge seront utilisés en bobinage primaire de power back batterie, car le courant primaire n’a pour objectif que d’être multiplié pour alimenter un court circuit sur la partie MHD. En ce sens, une faible surface de module photovoltaïque est nécessaire pour parvenir à recharger 2 batteries ou 2 supers capacités, si on utilise parallèlement le courant de charge et de décharge pour faire circuler ce courant dans une boucle de courant amplifié, en court circuit. Car la Force produite en puissance hydraulique n’est que le résultat d’un courant amplifié, croisant un flux magnétique amplifié, selon la règle des 3 doigts. L’aimantation magnétique amplifiée se charge de produire la force d’induction et le courant assure la production du débit. Les bobinages représentés avec une diode en série à gauche, sur le schéma de la sont les bobinages primaires de transformateur de tension. Le premier bobinage primaire est alimenté par le module photovoltaïque pour provoquer la charge du condensateur. Le second bobinage primaire est alimenté lors de la décharge du condensateur par le chemin offert par le thyristor. Le bobinage secondaire, sur la partie droite de la est placé au milieu du pont de diode et la tension délivrée sert à recharger les batteries ou les supers capacités. L’intérêt de ce montage est de créer un courant variable de fonctionnement en partant d’un courant constant délivré par un module photovoltaïque. Les énergies des charges et des décharges passant par les bobines primaires transfèrent au secondaire un potentiel de charge batterie, utile au vaisseau, uniquement en immersion. La formule de Laplace F = B.I.L introduit la longueur du conducteur traversé par le courant et par le champ magnétique. Cette longueur dépendra de la taille du système, selon la puissance de propulsion et des paramètres que l’on souhaite ajuster pour que BxI donne le résultat le plus élevé, pour propulser plus fortement le vaisseau marin. L’intérêt est que le courant final est induit directement au centre de l’eau salée par le flux magnétique variable ; lui même engendré par le courant électrique du circuit primaire. La coque enfermant l’eau salée est entièrement faîte avec un matériau étanche et de surcroit un excellent isolant électrique, comme la céramique. La réaction chimique d’électrolyse obtenue sous tension ne peut avoir lieu sans support conducteur. C’est l’avantage majeur du générateur de Norton de cette invention, par rapport au générateur de Thévenin utilisé usuellement dans les autres brevets L’ensemble des circuits de commande et de puissance pourront être alimentés en haute fréquence, afin de diminuer la masse des équipements électromagnétiques. Dans son utilisation en tant que drone sous marin autonome, il jouit d’une interface de communication à 3 lasers de couleurs différentes, se présentant sous la forme d’une bouée amovible autonome et flottante assurant une transmission entre la profondeur sous forme numérique avec un laser cible et avec 2 lasers de communication très haut débit, assurant une transmission complète d’informations de commandes ou de retour vidéo des différentes caméras, ou d’information sur la profondeur, le niveau de batterie, etc. La profondeur d’exploitation variant selon le degré de transparence de l’eau. La qualité de la communication ou le niveau de batterie de la bouée de surface sont à même de faire 2 demandes de rapprochement en 5 minutes et de déclencher les messages de détresse si le rapprochement n’et pas effectif après ce délai, indiquant une panne potentielle du Hors Bord Sous Marin, sous l’eau, si aucune réponse n’est donnée en retour à la bouée. La 3 ème demande active la remontée du Hors-Bord sous marin à la surface pour rejoindre et reconnecter la bouée électriquement sur son support. Sans connexion effective postérieure, les messages de détresse sont envoyés également. L’invention présentée utilise l’angle prit par le laser cible en géométrie 3D ; pour orienter les lasers et les cellules de réception optique en temps réel. La communication par ondes radio, suite à un ciblage laser, comme le fait le brevet cité dans l’état de l’art ne peut pas fonctionner sous l’eau. Les positions ne sont pas enregistrées dans le dispositif, car la position oriente la propulsion de la bouée suiveuse. Propulsion MHD fonctionnant grâce à l’utilisation d’une cascade de transformateurs d’intensités basse fréquence ou haute fréquence dont les plus puissants étages trouvent une moitié de leur circuit magnétique étanche immergé sous l’eau, pour que l’eau de mer soit le dernier court-circuit fonctionnel du système MHD. Dispositif selon la revendication 1 composé d’un long tube renforcé et étanche hébergeant des aimants entourant le circuit magnétique immergé afin que le courant intense tourne autour du circuit magnétique tubulaire de grande longueur et de forte section et croise le champs magnétique d’aimants, placés dans ce tube périphérique au voisinage du circuit magnétique tubulaire, sur toute sa longueur. Dispositif photovoltaïque selon la revendication 1 permettant d’alimenter avec du courant les premiers transformateurs d’intensités du système MHD tout en chargeant les batteries ou les super-capacités simultanément. Système électrique selon la revendication 1 permettant d’alimenter les transformateurs d’intensités en passant par des primaires de transformateurs de tension et des condensateurs, fonctionnant alternativement en charges et en décharges d’énergie électrostatique. Dispositif selon la revendication 1 de gouvernes horizontales placés sur les propulseurs permettant de conserver les propulseurs de niveau et immergés dans l’eau de mer en permanence tant que le choix de rester en surface est validé. Dispositif selon la revendication 1, de capteur de plongée, permettant de commuter automatiquement l’alimentation électrique du système MHD sur les batteries ou les super-capacités. Dispositif particulier d’association de transformateurs d’intensités en série pour les circuits primaires et en parallèles pour les circuits secondaires afin d’augmenter l’intensité d’étages de puissance en étages de puissance afin d’alimenter un propulseur MHD Dispositif particulier d’association de 5 aimants de forme carrée en cube ouvert, permettant d’augmenter par 5 le flux magnétique sur la section ouverte du cube pour faire fonctionner un système MHD. Dispositif de bouée amovible communicante avec 3 lasers de moyenne puissance pour échanger numériquement des signaux de communications lumineux entre la surface et les profondeurs.