Brevet FR3129679A1 — publié le 20230602

Notre invention permet l’adaptation permanente des moyens de production aux variations imprévisibles du débit de la rivière et à ses niveaux les plus hauts. On obtient donc l’énergie maximale que peut fournir le barrage. De plus, sa mise en place est particulièrement économique. La solution proposée rejoint les préoccupations actuelles de préservation du patrimoine et d’énergie « propre ». Système de moteur hydraulique pour l’aménagement de petits moulins et la production d’hydroélectricité. Notre proposition concerne l’aménagement de moulins 1 à eau existants en petites centrales de production électrique. Chaque moulin est associé à un barrage 2 d’un à cinq mètres de haut qui lui fournit l’énergie. Les débits modulaires des rivières concernées peuvent varier de 1 à 20 m³/sec Notre expérience : Nous avons déjà réalisé de nombreuses adaptations de moulins avec leur barrage en petites usines de production d’hydroélectricité notamment sur la rivière Baïse. Dans chaque cas, nous avons été frappés par le coût élevé de l’opération, gros-œuvre et fourniture de la turbine et par le rendement parfois décevant obtenu. Notre procédé doit aboutir à une bien meilleure économie des projets et à des rendements supérieurs. Principe du système : Son originalité consiste en la gestion programmée de la production d’électricité. Il repose sur quatre éléments utilisés simultanément : - Une bâche à eau 3 - Un automate électronique de pilotage 4 - Une vanne basse 5 - Une roue à aubes 6 , à la partie inférieure de la bâche 3 La bâche à eau. 3 La bâche à eau est située à l’intérieur du moulin ; son aspect n’a donc aucune influence sur le paysage environnant. Elle est de forme parallélépipédique et on la réalise le plus grand possible de manière a atténuer l’intensité des courants à son intérieur. Elle est composée de murs verticaux 7 généralement en béton banché armé, étanche, calculés en fissuration très préjudiciable. Mais dans les cas où les murs sont peu élevés, on peut envisager de les réaliser en agglos à bancher munis d’un enduit étanche. Ces murs reposent sur un radier général 8 de fondation en béton armé ; il est en pente vers l’extérieur de manière à faciliter le flux d’évacuation de l’eau. Ce radier a été coulé sur un enrochement bétonné 9 qui descend, lui même jusqu’à la base des fondations du moulin. En hauteur, les murs de la bâche à eau dépassent le niveau des plus hautes eaux que l’on souhaite traiter. Un canal 10 de dimensions règlementaires, existant la plupart du temps, relie le bief amont et la bâche à eau ; il comporte un dessableur 11 . Rôle de la bâche à eau : On voit donc que la bâche à eau offre en permanence le niveau maximum d’eau que l’on souhaite traiter, celui du bief amont et donc la possibilité d’obtenir l’énergie maximale. Au delà de ce niveau, les murs se comportent comme des déversoirs. Évacuation de l’eau : l’évacuation de l’eau se fait par une ouverture allongée ménagée sous un mur de la bâche à la partie inférieure. Cette ouverture est obturée partiellement ou totalement par une vanne mobile 5 actionnée par des vérins. Rôle accessoire : On voit que les murs latéraux de la bâche à eau peuvent venir en butée des murs maçonnés du moulin et leur apporter un supplément de sécurité non négligeable. L’automate électronique de pilotage 4 Il est situé dans l’atelier de production électrique. C’est le coeur de l’installation. Il s’agit d’un ordinateur muni d’un programme électronique qui a essentiellement deux fonctions : - Assurer la production. Il reçoit en continue les informations nécessaires qui sont : - L la hauteur de la lame d’eau sur le barrage. - L’ la hauteur de la lame d’eau au pied de la bâche à eau et de la roue. Connaissant L et la longueur du barrage, l’automate calcule le débit turbinable global (à partir, par exemple d’études comme THEE), le débit turbinable étant le débit total diminué du débit réservé. La lame L’ est la plus souvent le résultat d’observations in situ. Elle varie selon la lame L mais aussi en fonction de la situation du moulin considéré, par exemple, largeur de la rivière à l’aval. Elle fera donc l’objet, pour chaque moulin, d’une étude préalable. A partir de L et L’, l’ordinateur peut déterminer l’ouverture de la vanne 5 pour obtenir le débit turbinable exact. Il peut établir cette ouverture dans la plupart des cas sauf si l’ouverture nécessaire est trop importante. Ce calcul peut être effectué à partir des formules de Monsieur Lencastre. (par exemple) La hauteur d’eau étant la hauteur maximale possible, grâce à la bâche à eau, il est clair que l’énergie obtenue sera proche de l’énergie maximale possible. Nous avons étudié un cas particulier traité selon ces principes et nous avons trouvé un rendement de l’ordre de 90 %. On peut envisager d’effectuer le réglage à intervalles réguliers ou lorsque le niveau varie d’une quantité déterminée dans un sens ou dans l’autre. Assurer la sécurité : L’automate assure la diffusion de l’électricité ; il peut recevoir les ordres d’un poste extérieur. Il peut arrêter instantanément le système par la vanne 15 . La vanne basse 5 Elle est située sous un mur de la bâche à eau, immédiatement avant l’ouverture horizontale rectangulaire pratiqué à la base du mur. Elle permet de faire coïncider en permanence le débit sortant au débit maximum règlementaire de manière à obtenir l’énergie maximale. Elle est actionnée par des vérins commandés par l’automate électronique de pilotage. On peut la scinder en deux parties égales, dont une seule fonctionnerait durant les mois d’été, à faible débit. La roue à aubes 6 Nous avons donné à cette roue une forme originale qui capte le plus efficacement possible la pression du flux à la sortie de la vanne basse. Elle sera généralement réalisée en deux tronçons identiques scellés sur un essieu 16 tournant sur des roulements à billes 17 . Chaque tronçon comporte à ses extrémités deux surfaces métalliques circulaires 12 fixées sur l’essieu. Sur ces deux surfaces, on vient sceller ou boulonner des tôles métalliques planes 19 au nombre de seize. Ce sont ces tôles qui reçoivent la pression du flux de l’eau. Enfin, nous prévoyons de remplir le volume 18 , constitué par ces tôles, par un béton très léger, d’argile expansée par exemple. Cette disposition à l’avantage d’annuler pratiquement la déformation des tôles, de les protéger de l’oxydation et d’augmenter leur durée de vie. En outre, l’eau ne pourra pas entrer à l’intérieur du volume 20 et le système pourra pleinement bénéficier de la poussée d’Archimède ; la vitesse de rotation s’en trouvera augmentée. Nous améliorerons la sortie de l’eau en scellant une tôle inclinée 13 sous l’emprise de a vanne 5 . Enfin, nous réduirons au minimum les fuites d’eau autour de la roue 6 en donnant au béton une forme circulaire 14 qui épouse au plus près son emprise. F – Coût de l’opération Le retour sur investissement est de l’ordre de deux ans. Système de moteur hydraulique pour l’aménagement de moulins (1) existants sur des rivières caractérisées en ce qu’il comporte un barrage ( 2) relié par un canal ( 10) à un système de quatre éléments indissociables : une bâche à eau ( 3) , un automate de gestion électronique ( 4) , une vanne basse ( 5) , une roue à aubes ( 6). Système selon la revendication 1 caractérisée par la bâche à eau ( 3) reçoit l’eau par le canal (10) au niveau du bief amont et la restitue par la vanne ( 5) au niveau du bief aval, de telle sorte que la bâche à eau offre en permanence la plus grande différence de niveau d’eau possible. Système selon les revendications 1 ou 2 caractérisées en ce que la roue à aubes (6) placée au pied de la bâche à eau (3) est constituée de deux surfaces métalliques circulaires (12) fixées aux extrémités d’un essieu (16) , sur lesquelles sont scellées des tôles métalliques planes (19) ; le volumes (18) constitué par ces tôles étant rempli par un béton léger. Procédé de gestion du fonctionnement d’un système selon l’une des revendications 1, 2 ou 3 caractérisée en ce que l’automate de gestion électronique (4) comprend un programme électronique apte à recueillir les informations de hauteur d’eau amont et aval, et ainsi commander l’ouverture exacte de la vanne basse (5) afin de produire le maximum d’énergie électrique. Procédé de gestion du fonctionnement d’un système selon la revendication 4 caractérisée en ce que l’automate de gestion (4 ) est apte à recevoir toutes les informations extérieures pour agir sur la diffusion d’électricité et à assurer la sécurité en agissant sur la vanne extérieure (15).