Brevet FR3134398A1 — publié le 20231013

Corrélateur statique de vagues Le corrélateur de vague de la demande de brevet FR16 00431 est amélioré par l’adjonction de clapets statiques, inspirés des conduits valvulaires de Nikola Tesla du brevet n°1 329 559 du 3 février 1920 mais rendus plus compacts. Les pressions dynamiques des vagues sont captées sur de larges superficies et protégées par des collecteurs rigides pour se propager vers un convertisseur d’énergie où elles corrèlent leurs effets. Les flux externes aspirent également les flux internes ayant cédé leur énergie. Seule une turbine de conversion énergétique n’est pas statique, l’incompressibilité des liquides permettant la propagation des impulsions dans les collecteurs sans aucune pièce animée. Le corrélateur capte la composante principale du flux : horizontale au fond de la mer, verticale entre deux eaux à proximité de la surface. Figure pour l’abrégé : [Fig 9]. Corrélateur statique de vagues La présente invention concerne de façon générale l’adaptation à trois brevets antérieurs du même auteur des clapets hydrauliques statiques de Nikola Tesla, dont le principe a été amélioré par trois caractéristiques nouvelles : blocage d’un flux indésirable non pas par un flux antagoniste et opposé unique mais par deux flux contra-convergents, permettant d’éviter l’empilement de plusieurs étages de blocages partiels, captation d’une partie du flux incident dans le sens passant et par son transfert vers un autre conduit valvulaire à bloquer pour doper ledit blocage, déflexion d’un flux importun vers une zone où il est acceptable. Cette demande de brevet correspond à une amélioration des inventions du même auteur : dispositif de récupération et de transformation de l’énergie des vagues et des courants marins FR 12 51887 déposé le 1er mars 2012 et délivré le 12 août 2016, corrélateur de vagues FR 16 00431 déposé le 16 mars 2016, propulsion par viscosité pressurisée d’un navire sans sillage FR 17 00486 déposé le 2 mai 2017. L’amélioration provient de la prise en compte du conduit valvulaire de Nikola Tesla n°1 329 559 du 3 février 1920, qui supprime les clapets mobiles des dépôts de 2012 et 2016. Si les projets de dispositifs houlomoteurs sont nombreux, seul le WAVEROLLER semble avoir quitté la surface de la mer que les autres occupent et aucun n’a limité le nombre de parties mobiles à la seule turbine transformant l’énergie hydraulique en énergie mécanique. HACE possède le point commun avec la présente invention d’extraire l’énergie hydraulique au moyen de plusieurs cellules associées mais demeure à la surface de la mer et utilise l’air comprimé comme fluide intermédiaire. Conformément au principe des dépôts de 2012 et 2016, les idées développées sont : d’immerger l’intégralité de l’installation pour réduire les réticences des autres parties prenantes de cet espace océanique au prix d’une dégradation consentie du rendement ; de corréler cinématiquement l’énergie hydraulique au moyen d’un grand nombre de cellules statiques en sélectionnant les particules allant dans un sens favorable et en bloquant les autres avant de les collecter dans un espace de transfert et d’en extraire l’énergie mécanique dans une turbine unique, seule pièce mobile de ladite installation ; par énergie hydraulique on entend aussi bien la pression que l’aspiration périodiquement transmises aux cellules par le mouvement complexe des vagues ; de réduire autant que possible les pertes en charge dudit transfert. A cet effet, un grand nombre de cellules dites d’admission captent indépendamment les particules des flux générés par les vagues quand leur direction et leur sens sont favorables pour pousser celles d’un collecteur en forme de nappe puis celles d’une turbine, tout en empêchant les particules dont la cinématique est défavorable d’interférer au moyen de la capacité de blocage des conduits valvulaires. Simultanément, autant de cellules dites d’échappement exploitent l’aspiration du même flux pour aspirer via un autre collecteur en forme de nappe les particules ayant travaillé dans la turbine ; d’autres conduits valvulaires protègent ce dernier collecteur des flux indésirables. Les flux aussi variables dans le temps et dans l’espace que ceux des vagues se trouvent ainsi « corrélés » dans les collecteurs en forme de nappes parce qu’ils ont tous le même sens et peuvent entraîner ladite turbine. Si la périodicité des oscillations est de typiquement 8 secondes, aucune pièce mécanique à part la turbine n’est mobile et les vagues les plus violentes peuvent être prises en compte ; seul le fluide transmet les mouvements. La turbine reçoit des impulsions successives et son inertie mécanique les moyenne. Chaque cellule intercepte une partie de l’énergie disponible, les cellules en amont et en aval faisant de même. Note liminaire sur les mouvements relatifs à la propagation d’une vague Poussées par le vent, les particules liquides à la surface de l’eau s’accumulent en vagues qui se propagent ensuite très loin de leur lieu de naissance sous forme de houle : le fetch peut couramment atteindre plusieurs milliers de kilomètres. Dans ce document, le terme de vague sera surtout employé mais inclue par convention la houle. La propagation correspond autant au déplacement d’une bosse poussée par le vent ou par son inertie qu’à celui d’un creux comblé par le volume liquide adjacent. Cette propagation met en mouvement toute la colonne d’eau dans des mouvements elliptiques (en première approche), dont l’amplitude décroit avec l’immersion. Chaque point de l’océan peut par ailleurs être animé par plusieurs houles issues de directions différentes. La illustre la modélisation de George Bidell Airy dont les approximations seront acceptées ici. La surface se déplace d’un mouvement continu de longueur d’onde λ dans le sens de propagation indiqué par la flèche mais chaque particule reste pourtant immobile, aux oscillations selon une trajectoire elliptique près en repère 1.1. En s’approchant du fond, l’ellipse s’aplatit pour finir par être rectiligne en repère 1.2. La trajectoire d’une particule isolée en repère 1.3 et sa participation à la propagation de la vague est illustrée par les deux croquis inférieurs. En observant la succession des vagues, on s'aperçoit qu'elles ne présentent aucune régularité : il n'y a jamais deux vagues identiques, ni en hauteur, ni en périodicité ; cette modélisation est donc loin d’être indiscutable mais elle sera retenue, en particulier pour l’application numérique. On a en effet observé au large d’Ouessant que 95% des périodes T de la houle se trouvaient entre 6 et 14s avec un maxima de 18% à 8s pour une hauteur de 3,4m. Les longueurs d’onde λ varient principalement entre 60m et 300m, elles décroissent quand le fond remonte. On utilisera l’approximation fréquemment admise λ=1,56T², qui est bien cohérente entre 6 et 14s avec les longueurs d’onde observées, et l’amplitude A à l’immersion z en fonction de l’amplitude en surface A 0 : Quelles que soit les modifications apportées par les nombreux autres modèles, il sera considéré comme pertinent d’intercepter la composante horizontale des mouvements à proximité du fond et la composante verticale près de la surface. L’exemple des vieilles coques amarrées à la sortie d’un port en qualité de digue flottante montre que l’absence d’une surface libre entrave la propagation des mouvements inférieurs : dès qu’une particule aura été sélectionnée, sa propagation à l’intérieur du dispositif ne sera plus déterminée par celle de la vague. Evolution du conduit valvulaire de Tesla Dispositif initial La reproduit l’illustration du brevet de Nikola Tesla. Il s’agit selon sa demande de brevet « d’un conduit dont l’intérieur est pourvu d’élargissements, rétrécissements, d’injections, de déflecteurs ou godets qui, tout en n'offrant pratiquement aucune résistance au passage du fluide dans un sens autre que le frottement de surface, constitue une barrière presque infranchissable à son écoulement dans la direction opposée ». Dans le sens de blocage du conduit valvulaire, on trouve en repère 2-1 la séparation du flux incident par un déflecteur en deux flux d’injection et de contre-injection, qui vont se rencontrer en repère 2-2 selon un angle d’incidence α dans une zone « V ». Cette rencontre de deux flux opposés provoque un blocage qui remonte jusqu’au repère 2-3 dans la zone V’ et en amont. Probablement en raison de l’insuffisance dudit blocage, l’inventeur a combiné plusieurs étages identiques, onze dans le cas de l’illustration de son brevet. En raison du blocage, les lois de l’hydrostatique s’appliquent au dispositif et on en conclut que les sections relatives des flux d’injection et de contre-injection n’ont pas d’importance. Dans le sens de passage du conduit valvulaire, le flux incident aspire en repère 2-4 « A » un flux parasite qui va tourner autour du déflecteur. Ce flux parasite réduira en repère 2-5 « A’ » le flux incident. Le bon fonctionnement du conduit valvulaire initial conduira à tolérer lesdites aspirations et le flux parasite. Amélioration de la compacité par deux flux de contre-injection et dopage de ceux-ci Cette invention passée dans le domaine public a contribué à l’élaboration de la présente invention, la montre comment le conduit valvulaire a évolué : Le flux dans le sens du blocage n’est pas divisé en deux demi-flux, mais en trois tiers de flux égaux et coplanaires par deux déflecteurs en repères 3-1 et 3-2 : un « tiers de flux » d’injection et deux « tiers de flux » de contre-injection convergeant en repère 3-3 vers un même point de l’espace « V » sous des incidences d’environ 120°. L’angle α qui vaut 180° dans le texte de Nikola Tesla et plutôt 135° sur son dessin est ici fixé à 120 : au prix de la réduction relative de passage du flux incident, les trois tiers de flux se neutralisent sans faire appel à la force de réaction d’une paroi. Le blocage se répercute jusqu’à la zone « V’ » en repère 3-4. Avec deux canaux de contre-injection, la surface d’interaction cinématique par viscosité avec le flux direct est doublée. Par ailleurs, réduire α de 180° ou 135° à 120° réduit l’aspiration parasite en repère 3-5 dans le sens de passage du conduit valvulaire. Enfin, la protection contre une aspiration peut être dopée injectant en repères 3.6 des flux captés en amont, comme développé avec la . Un seul étage de conduit valvulaire est prévu ; non seulement ce conduit s’oppose à l’aspiration indésirable d’un flux, mais il génère également un flux opportun dans le sens recherché. Amélioration de l’efficacité par déflexion du flux importun Plutôt que de bloquer une aspiration indésirable et la transformer en injection favorable ci-dessus, les principes mis en œuvre dans le conduit valvulaire peuvent également évoluer en déflexion vers une zone favorable conformément à la : Le flux dans le sens du blocage est divisé en deux demi-flux, un demi-flux d’injection et un demi-flux d’inflexion, par un déflecteur en repère 4-1. Ces deux demi-flux équivalents vont converger vers un même point au repère 4-2 selon une incidence d’environ 120°. Ils vont générer le flux résultant en 4-3 orienté vers l’extérieur du conduit valvulaire qui le quittera par une fenêtre. Le flux général en repère 4-4 ne s’opposera pas à cette déflexion. L’espace en aval du conduit valvulaire objet d’une injection indésirable en 4-5 verra donc son alimentation tarie. Dans le sens du passage, le flux incident va générer deux types de flux parasites en repères 4-6 et 4-7. Le flux parasite en repère 4-6 reste limité grâce aux 120° déjà évoqués. Le flux parasite en repère 4-7 peut être négligé en raison du faible impact de la plaque 4-8 sur le flux amont. Adaptation au corrélateur de vagues Paire de clapets d’admission ] La associe deux conduits valvulaires modifiés en configuration tête-bêche d’admission, elle améliore le dispositif déposé en 2016 en orientant les deux nappes d’alimentation et d’échappement dans le sens des vagues pour réduire les pertes en charge dues aux changements de direction. Une vague en repère 5-1 injecte son flux dans le conduit valvulaire repéré 5-2 dans le sens passant. La volute de nappe repérée 5-3 oriente ce flux pertinent vers la turbine au sein de la nappe d’admission repérée 5-4. A titre d’information, la nappe d’échappement se trouve dessous en repère 5-5. Il ne faut pas que la même vague en repère 5-6 aspire dans la nappe d’admission, qui doit donc être protégée. Une telle aspiration provoquerait en repère 5-7 un mouvement qui serait bloqué comme vu ci-dessus. Au-dessus des deux clapets valvulaires figurent deux chambres repérées 5-8 et 5-9 aspirant le flux en 5-10 dans le cas de la chambre 5-8 Des trémies d’embouchure permettent de capter le flux incident dans le sens passant et de le transférer vers la chambre associée 5-8 ou 5-9. La chambre 5-8 alimente le conduit valvulaire de droite à bloquer pour doper ledit blocage par le biais des deux pipes repérées 5-11 au travers de la chambre 5-9 sans entraver sensiblement sa circulation. La chambre 5-9 alimente directement le conduit valvulaire de gauche par les deux lumières repérées 5-12. Les orifices repérés 5-12 et les pipes repérées 5-11 débouchent dans les clapets valvulaires au travers de ventelles d’orientation non représentées, afin de participer judicieusement aux flux de contre-injection. La vague arrivant en repère 5-10 va faire transiter son flux par la chambre repérée 5-8 et les pipes repérées 5-11 pour doper le conduit valvulaire de droite. Ses flux de contre-injection ainsi dopés s’opposeront encore mieux à l’aspiration par la vague en repère 5-6 et enverront un flux marginal en repère 5-13 vers la nappe d’admission. On a ainsi obtenu la captation d’une partie du flux incident dans le sens passant et son transfert vers un autre conduit valvulaire à bloquer pour doper ledit blocage. La paire de conduits valvulaires de clapet de non-retour statique possède ainsi un dispositif de captation d’une partie du flux incident dans le sens passant et un dispositif de transfert vers l’autre conduit valvulaire à bloquer pour doper ledit blocage. La vague en repère 5-14 aspire via la chambre repérée 5-9 dans les cornes de contre-injection du conduit valvulaire, les flux parasites sont ainsi dopés mais dans des proportions jugées acceptables. Le dispositif étant symétrique, une vague injectant son flux dans le sens opposé alimente de la même manière la nappe d’admission. Paire de clapets d’échappement La associe deux conduits valvulaires modifiés avec déflexion du flux en configuration tête-bêche d’échappement, elle améliore le dispositif déposé en 2016 en orientant les deux nappes d’alimentation et d’échappement dans le sens des vagues pour réduire les pertes en charge dues aux changements de direction. La vague repérée 6-1 aspire à travers le conduit valvulaire de droite. Le conduit valvulaire de droite est passant, l’aspiration est transmise à la nappe d’échappement repérée 6-2 via la pipe repérée 6-3 de traversée de la nappe d’admission repérée 6-4. La pipe de traversée est orientée pour aspirer l’échappement de la turbine, elle n’obère pas particulièrement la circulation dans cette nappe d’admission. Le flux 6-5 va traverser le conduit valvulaire dans le sens déflexion pour se retrouver en repère 6-6 sans affecter intempestivement la nappe d’échappement. Quand la vague circule dans l’autre sens, la volute repérée 6-7 infléchit l’aspiration pertinente dans la direction de la turbine. Association des deux paires de clapet s La montre comment les deux paires de clapet d’admission repère 7-1 et d’échappement 7-2 sont associées côte à côte pour former une cellule élémentaire. Des longerons d’orientation des vagues dans la direction du dispositif sont repérés 7-3 et 7-4. En repère 7-5, la pipe de traversée de la nappe d’admission laisse au minimum la moitié de sa section de passage disponible. La illustre comment ces cellules élémentaires peuvent être assemblées entre des longerons repères 8-1. Ces longerons redressent la composante horizontale des flux pour l’orienter dans la direction du dispositif. Constitution des bases La indique comment ces cellules élémentaires composent une base houlomotrice, positionnée environ 4 m sous la surface pour ne pas interférer avec les autres parties prenantes de la bande côtière. La marée fait bien sûr varier cette immersion. Les dimensions de 7,5 et 30 m sont uniquement fournies à titre d’exemple. Le repère 9-1 correspond à un des longerons. Sous les longerons se trouvent les nappes d’admission et d’échappement, séparées en demi-nappes d’admission et d’échappement. Alimentation de la turbine Les et montrent comment les nappes d’admission et d’échappement sont reliées à la turbine avec une vue de dessus et une vue de face . Le repère 10-1 correspond à une cloison transversale séparant les deux demi-nappes. La turbine se trouve en repère 10-2, ses aubes occupant la couronne repérée 10-3. Les pipes portant le repère 10-4 alimentent ces aubes comme la le décrit. La turbine correspond au repère 11-1 de la , le repère 11-2 symbolisant une génératrice électrique ou hydraulique. La turbine possède une flottabilité neutre pour ne pas solliciter ses paliers. La couronne du rouet est équipée de paires d’aubes repérées 11-3. Ce rouet porte également deux feuillures cylindriques d’étanchéité partielle repérées 11-4. Entre les deux pales sont disposées deux fentes circulaires d’injection repérées 11-5 alimentées par la nappe d’admission repérée 11-6. Les pales supérieure et inférieure reçoivent le même débit et génèrent donc une poussée verticale nulle sur les paliers de la turbine. Au-dessus de la pale supérieure et au-dessous de la pale inférieure, deux fentes circulaires d’aspiration recueillent le flux ayant travaillé sur les pales. Les pipes repérées 11-7 traversent l’extrémité de la nappe d’admission repérée 11-6 pour rejoindre la demi-nappe d’échappement repérée 11-8. Exploitation du mouvement vertical La adapte les principes déjà vus à l’interception de la composante des vagues. Les nappes d’admission et d’échappement sont remplacées par des collecteurs d’admission et d’échappement respectivement en repères 12-1 et 12-2. Les volutes d’orientation vers la turbine ne sont pas représentées ; pour leur laisser plus de place, les paires de conduits valvulaires d’admission et d’échappement sont disposées en quinconces. Bases entre deux eaux La montre comment des paires de conduits valvulaires peuvent être associés pour exploiter à partir de la base entre deux eaux de la les mouvements verticaux des vagues. Cette base est immergée aux environs de 4 m. Les paires en repère 13-1 sont des paires d’admission qui vont alimenter les collecteurs d’admission repérées 13-2 et 13-3. La paire en repère 13-4 est une paire d’échappement, elle aspire dans le collecteur d’échappement repéré 13-5. Pour laisser plus de place aux volutes de déflexion à l’intérieur des collecteurs, les paires de conduits valvulaires d’admission et d’échappement sont disposées en quinconces. La paire repérée 13-6 est ainsi une paire d’échappement. Ces six paires de clapets valvulaires doivent être complétées par d’autres rangées de paires de clapets valvulaires d’admission et d’échappement. La colonne formée doit être reproduite latéralement autant de fois que nécessaire. Les collecteurs déboucheront dans la turbine avec les mêmes principes qu’antérieurement conformément à la qu’il n’est plus nécessaire de détailler. La indique comment la plateforme ainsi formée est maintenue entre deux eaux. Il est également possible de l’associer à des plateformes d’éoliennes pour bénéficier de leur ancrage et de leur accès au réseau électrique. La composante verticale étant exploitée, les longerons sont inutiles. Seulement deux points d’ancrage sont concevables. La présente invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée des différentes configurations, prises à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrées par les dessins de principe annexés : La décrit les mouvements relatifs au passage d’une vague conformément à la théorie d’Airy. La décrit le conduit valvulaire déposé par Nikola Tesla La décrit l’évolution du conduit valvulaire pour blocage de flux indésirable. La décrit l’évolution du conduit valvulaire pour déflexion d’un flux indésirable. La décrit l’association de deux conduits valvulaires de blocage pour constituer une paire de conduits valvulaires d’admission. La décrit l’association de deux conduits valvulaires de déflexion pour constituer une paire de conduits valvulaires d’échappement. La décrit l’association d’une paire de conduits valvulaires d’admission et d’une paire de conduits valvulaires d’échappement formant une cellule élémentaire. La décrit l’association de cellules élémentaires. La décrit comment les cellules élémentaires sont associées pour constituer un dispositif posé sur le fond. La décrit l’alimentation de la turbine vue du dessus. La décrit l’alimentation de la turbine vue de face. La décrit comment les paires d’admission et d’échappement peuvent être adaptées pour prendre en compte les mouvements verticaux d’une base entre deux eaux . La décrit comment six paires peuvent être associées pour former des collecteurs. La décrit comment les collecteurs alimentent la turbine dans le cas d’une plateforme immergée entre deux eaux. La décrit une plateforme immergée entre deux eaux. Conduit valvulaire de clapet de non-retour statique Caractérisé par un dispositif de division du flux à bloquer en trois tiers de flux égaux et coplanaires, un « tiers de flux » d’injection et deux « tiers de flux » de contre-injection convergeant vers un même point sous des incidences d’environ 120°. Paire de conduits valvulaires de clapet de non-retour statique selon la revendication 1 Caractérisé par un dispositif de captation d’une partie du flux incident dans le sens passant et par un dispositif de transfert vers l’autre conduit valvulaire à bloquer pour doper ledit blocage. Conduit valvulaire de clapet de non-retour statique Caractérisé par un dispositif de division du flux à dévier en deux demi-flux, un demi-flux d’injection et un demi-flux d’inflexion, convergeant vers un même point sous une incidence d’environ 120° pour générer un flux résultant orienté vers l’extérieur du conduit valvulaire.