Brevet FR3151019A1 — publié le 20250117

La présente invention a pour objet un ballast (32) pour assurer un déplacement vertical d’une structure marine entre deux niveau d’élévation par rapport à une surface (Se) d’eau environnante (E) dans laquelle elle baigne, ce ballast (32) comprenant un conduit (40) en spiral qui s’étend radialement autour d’un axe central à partir d’une embouchure extérieure (42e), ce conduit (40) étant destiné à être entraîné en rotation autour de cet axe central (AX) en étant porté par la structure marine de sorte à s’étendre de manière au moins partiellement immergé dans l’eau environnante, le ballast (32) autorisant un remplissage du conduit (40) en eau environnante au travers de l’embouchure extérieur (42e) suivant un premier sens (R1) de rotation et une vidange d’eau contenue dans le conduit au travers de l’embouchure extérieure (40e) suivant un second sens de rotation, opposé au premier sens (R1) de rotation. Figure pour l'abrégé : Figure 5a BALLAST SPIRALE DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION La présente invention se rapporte au domaine des actionneurs pour déplacer verticalement une structure ou un engin en milieu marin relativement à la surface de l’eau. Elle concerne plus particulièrement un ballast qui permet de moduler la flottabilité. ARRIERE-PLAN TECHNIQUE L’énergie hydraulique offre la possibilité d’être stockée sous forme d’énergie potentielle de pesanteur, permettant de la convertir au besoin en énergie électrique. En pratique, il s’agit de stocker une quantité d’eau en élévation et de la libérer sous la forme d’une chute passant à travers une turbine hydraulique reliée à une génératrice électrique. La rotation de la turbine au passage de l’eau sur ses pales génère de l’énergie mécanique qui est transformée en énergie électrique par la génératrice électrique. Il existe un grand nombre de dispositifs à destination de la production hydroélectrique, dont notamment des centrales hydroélectriques gravitaires implantées en milieu marin, dit « offshore ». Un principe de fonctionnement de ces centrales hydroélectriques en milieu marin repose sur le pilotage en hauteur d’un bassin pour être : - immergé dans l’eau environnante et ainsi conduire à son remplissage ; - élevé après remplissage de sorte à surélever l’eau qu’il contient par rapport à la surface de l’eau environnante. Le différentiel de hauteur généré par l’élévation du bassin permet de vidanger l’eau qu’il contient sous la forme d’une chute d’eau exploitable pour la génération d’électricité. Le bassin est ainsi descendu et élevé de manière cyclique pour assurer respectivement son remplissage et sa vidange. Pour assurer le pilotage du bassin, il a été proposé dans le document KR102287189B1 d’avoir recours à un ballast de type conventionnel, comprenant une enceinte destinée à être remplie ou vidangée d'eau de mer pour piloter la flottabilité globale. Selon cette architecture conventionnelle de ballast, des voies de communication pilotées par des trappes et des pompes sont prévues pour assurer sélectivement un échange entre l’enceinte et l’extérieur dans un sens ou dans l’autre. En pratique, il s’agit d’autoriser l’eau extérieur à s’engouffrer dans l’enceinte quand il est visé de descendre le bassin. Une fois le bassin descendu à une hauteur d’immersion souhaitée, les voies de communication sont obstruées. A l’inverse, pour retrouver une flottabilité positive et ainsi conduite à une remontée du bassin, un pompage de l’eau vers l’extérieur est opéré pour la remplacer par de l’air. Cette architecture conventionnelle de ballast, bien que fonctionnelle, souffre néanmoins de certaines limitations. En effet, elle requiert à la fois un certain niveau de complexité et une consommation en énergie assez significative pour l’actionnement des pompes et des trappes. En particulier, le document KR102287189B1 invite à prévoir complémentairement un ancrage au fond de la mer au moyen d’une chaine de longueur pilotable pour suppléer le ballast dans la gestion de la hauteur, ce qui rajoute une composante de consommation et de complexité. L’énergie électrique restituée au global par la centrale hydroélectrique correspond à l’énergie électrique qu’elle génère à la vidange du bassin à laquelle est ôtée l’énergie à fournir pour son actionnement. Cette architecture de ballast particulièrement consommatrice d’énergie rend le retour sur investissement incertain, en particulier quand on considère également les coûts de maintenance induits par sa complexité. Le but de l’invention est de remédier au moins partiellement à ces inconvénients pour justifier une telle intégration de centrale hydroélectrique en milieu marin. À cet effet, l’invention a pour objet un ballast pour assurer un déplacement vertical d’une structure marine entre deux niveau d’élévation par rapport à une surface d’eau environnante dans laquelle elle baigne, ce ballast comprenant un conduit en spiral qui s’étend radialement autour d’un axe central à partir d’une embouchure extérieure, ce conduit étant destiné à être entraîné en rotation autour de cet axe central en étant porté par la structure marine de sorte à s’étendre de manière au moins partiellement immergé dans l’eau environnante, le ballast autorisant un remplissage du conduit en eau environnante au travers de l’embouchure extérieur suivant un premier sens de rotation et une vidange d’eau contenue dans le conduit au travers de l’embouchure extérieure suivant un second sens (R2) de rotation, opposé au premier sens de rotation. L’invention concerne également un ballast ainsi défini, dans lequel le conduit est borné entre l’embouchure extérieure et une embouchure intérieure plus proche radialement de l’axe central que ne l’est l’embouchure extérieure, le ballast comprenant en outre : - une canalisation comprenant une première extrémité et une deuxième extrémité, cette canalisation étant prévue pour être portée rigidement par la structure marine de sorte que sa première extrémité reste émergée entre les deux niveau d’élévation, et - un contact tournant qui relie fluidiquement l’embouchure intérieure à la deuxième extrémité de canalisation. L’invention concerne également un ballast ainsi défini, comprenant en outre une série d’évents pilotables pour chacun selectivement autoriser ou bloquer au travers une communication fluidique entre le conduit et un extérieur au conduit. L’invention concerne également un ballast ainsi défini, comprenant : - deux flasques transversaux qui s’étendent parallèlement dans la direction axiale ; et - une âme qui relie les flasques en étant interposée entre eux, dans lequel les deux flasques et l’âme délimitent conjointement le conduit en spiral. L’invention concerne également un ensemble comprenant une structure marine et au moins un ballast de déplacement vertical de la structure marine par rapport à une surface d’eau environnante dans laquelle elle baigne ainsi défini, ledit au moins ballast comportant un moyeu centré sur l’axe central, ce moyeu étant solidaire rigidement du conduit et porté libre en rotation par la structure marine, l’ensemble comportant en outre un actionneur d’entraînement en rotation du moyeu autour de l’axe central. L’invention concerne également un ensemble ainsi défini, dans lequel l’actionneur d’entraînement en rotation du conduit de ballast par le moyeu comporte un moteur électrique et un mécanisme de transmission qui transmet une rotation fournie en sortie du moteur électrique au moyeu de ballast. L’invention concerne également un ensemble ainsi défini, comprenant en outre un système auxiliaire d’entraînement en rotation du conduit de ballast, ce système auxiliaire comportant : - un mandrin aligné axialement sur l’axe central et assemblé rigidement au moyeu ; - un câble d’ancrage enroulé autour du mandrin et dont une extrémité est rattachée à ce mandrin ; - un flotteur qui est rattaché à l’autre extrémité du câble d’ancrage ; - une plateforme maintenue en deçà verticalement de la structure marine et dont la position est indépendante du niveau d’élévation de cette structure marine par rapport à la surface d’eau environnante, par exemple fixée sur une surface de fond de l’étendue d’eau environnante ; dans lequel le câble d’ancrage relie le flotteur au mandrin en s’étendant successivement depuis le mandrin : - verticalement vers le bas pour rejoindre la plateforme ; - transversalement en s’éloignant de la structure marine en étant retenu au niveau de la plateforme ; - verticalement vers le haut pour rejoindre le flotteur. L’invention concerne également un ensemble ainsi défini, dans lequel la structure marine est une cuve comprenant : - une paroi qui délimite une enceinte intérieure de cuve dans laquelle peut être stocké un volume intérieur d’eau de manière isolée de l’étendue d’eau environnante, - un orifice admission d’eau qui autorise un passage d’eau dans l’enceinte intérieure pour constituer le volume intérieur d’eau quand elle s’étend à un niveau d’élévation dit descendu par rapport à la surface d’eau environnante, - un orifice de décharge d’eau au travers duquel le volume intérieur d’eau peut être vidangé hors de l’enceinte intérieure. L’invention concerne également une centrale hydroélectrique comprenant : - un ensemble ainsi défini, - une turbine hydraulique reliée à l’orifice de décharge de cuve pour générer une énergie mécanique au passage de l’eau vidangée de l’enceinte intérieure de cuve quand la cuve est à un niveau dit élevé par rapport à la surface d’eau environnante ; - une génératrice qui coopère avec la turbine hydraulique pour convertir l’énergie mécanique en énergie électrique. L’invention concerne également un procédé de rechargement en eau de l’enceinte intérieure de la cuve entre deux cycles de production d’énergie électrique de la centrale hydroélectrique ainsi définie ; comprenant : - une étape de descente de la cuve par mise en rotation du conduit de ballast suivant le premier sens de rotation pour remplir ce conduit en eau, pour immerger l’orifice admission d’eau dans l’eau environnante ; - une étape d’introduction d’eau dans l’enceinte intérieure par l’orifice admission d’eau pour constituer le volume intérieur d’eau ; et - une étape de montée de la cuve par mise en rotation du conduit de ballast suivant le deuxième sens de rotation pour purger ce conduit en eau. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : est un schéma de principe d'une centrale hydroélectrique, comprenant une turbine hydraulique, une génératrice électrique liée à la turbine et un système de stockage d’énergie sous forme potentielle comprenant une cuve verticalement déplaçable dans une étendue d’eau environnante et munie d’une voie de décharge qui débouche sur la turbine ; représente en perspective un système de stockage d’énergie comprenant une cuve et des moyens de pilotage en élévation de la cuve, ces moyens comportant une série de ballasts, montés sur la cuve, selon un exemple de réalisation de l’invention ; est une vue partielle et transversale de la au niveau d’un ballast considéré ; est une vue en section A-A de la qui illustre un conduit à cheminement spirale ; est une vue en transversale de la dans un état en élévation de cuve par rapport à la surface d’étendue d’eau environnante ; est une vue conforme à la qui illustre un état dans lequel le conduit est entièrement rempli d’air ; est une vue conforme à la dans un état de remplissage en eau du conduit à l’issue d’une rotation sur un tour ; est une vue conforme à la dans un état de remplissage en eau du conduit à l’issue d’une rotation sur deux tours ; est une vue conforme à la dans un état de de remplissage du conduit à moitié en eau ; est une vue conforme à la dans un état de de remplissage total du conduit en eau ; est une vue en transversale de la dans un état de de cuve descendue par rapport à la surface d’étendue d’eau environnante ; est une vue conforme à la durant une purge en eau du conduit à l’issue de plusieurs tours de rotation ; est une vue conforme à la durant une purge en eau du conduit et dans un état de purge plus avancé qu’à la ; est une vue en section transversale du système de stockage d’énergie équipé d’actionneurs d’entraînement en rotation suivant une première variante de réalisation ; est une vue en section transversale du système de stockage d’énergie équipé d’actionneurs d’entraînement en rotation suivant une deuxième variante de réalisation ; illustre une variante de réalisation de ballast comprenant des évents pilotable le long du conduit. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Centrale hydroélectrique Une centrale hydroélectrique, repérée par 10 sur la , comprend un système de stockage d’énergie 12, une turbine hydraulique 14 et une génératrice 16. Le système de stockage d’énergie 12 comporte une cuve 18 prévue pour baigner dans une étendue d’eau environnante E qui est définie en surface Se par une hauteur limnimétrique d’eau environnante He. Dans la suite on adoptera à titre non limitatif des orientations verticales et transversales liées à la cuve 18 et repérées respectivement par les axes V et T. A noter que l’orientation verticale coïncide avec la direction normale à la surface Se d’étendue d’eau environnante E. La direction radiale est définie comme une direction orthogonale à la direction radiale. Aussi, les termes « bas » B et « haut » H sont à considérer selon la direction verticale, avec le bas orienté vers le fond de l’étendue d’eau environnante E à l’emplacement de la cuve. La cuve 18 comprend une paroi 20 qui délimite radialement une enceinte intérieure I de cuve et dans laquelle peut être contenu un volume intérieur d’eau. A noté que l’enceinte intérieure I est naturellement maintenue à pression atmosphérique par le biais d’une ouverture formée dans la paroi 20 à cette fin. Avantageusement, la paroi 20 délimite en sommet de cuve une telle ouverture, dit de la section verticale de cuve la plus élevée, comme illustrée à la et repérée par 22. Cette cuve 18 comprend une ouverture dite d’admission d’eau, formée au travers de la paroi 20, qui autorise un passage d’eau dans l’enceinte intérieure I depuis l’étendue d’eau environnante E pour constituer le volume intérieur d’eau. Comme il est compris, le volume intérieur d’eau correspond à une portion extraite de l’eau environnante E. Cet orifice d’admission peut être équipé d’une restriction, comme un clapet anti-retour, pour empêcher une circulation d’eau inverse, à savoir depuis l’enceinte intérieure I vers l’étendue d’eau environnante E. A noter que l’ouverture 22 formée en sommet de cuve peut judicieusement servir de voie d’admission sans nécessiter de restriction. Complémentairement, la cuve 18 comprend un orifice de décharge d’eau, repéré par 24 dans l’exemple de la , formé dans la paroi 20 et au travers de laquelle le volume intérieur d’eau peut être vidangé hors de l’enceinte intérieure I. Dans le cadre de l’invention, il est visé de déplacer la cuve 18 suivant la direction verticale V, pour être : - descendue, à savoir déplacée verticalement vers le bas, pour immerger la voie d’admission et ainsi conduire à un remplissage de l’enceinte intérieure I en eau ; et - élevée, à savoir déplacée verticalement vers le haut, après remplissage de l’enceinte intérieure. Des rainures peuvent notamment être formées dans la paroi 20 pour permettre une entrée d’eau dans l’enceinte intérieure I par l’ouverture 22 en sommet de cuve sans nécessiter une immersion totale de la cuve 18. Le remplissage de l’enceinte intérieure I est terminé lorsque la surface de l’eau contenue en son sein, notée Si, est confondue avec la surface Se de l’entendue d’eau environnante E. L’élévation de la cuve 18 conduit à générer un différentiel de hauteur d’eau, noté ΔH, entre les surfaces Si et Se. Le volume d’eau mesuré entre les surfaces Si et Se est ainsi chargé en énergie potentielle de gravitée. Une fois la cuve élevée, la transformation de l’énergie potentielle en énergie électrique consiste à vidanger, au travers de l’orifice de décharge 24 ce volume d’eau stocké de manière à former une chute d’eau rencontrant la turbine. Au passage dans la turbine 14, du travail mécanique Em est extrait de l’énergie hydraulique Eh, et est converti dans le même temps en électricité Ee par la génératrice 16 qui coopère avec la turbine 14. Moyens de pilotage en élévation et structure de ballast En pratique, la masse de l’eau contenue dans l’enceinte intérieure I s’oppose à l’élévation de la cuve 18, et à l’inverse l’absence d’eau dans l’enceinte intérieure I tend à s’opposer à son immersion pour la charger. Pour satisfaire cette double condition de descente de la cuve 18 à vide en vue de remplir l’enceinte intérieure I ; et de montée de la cuve 18 contenant de l’eau pour générer le différentiel de hauteur ΔH, le système de stockage d’énergie 12 comporte des moyens 30 de pilotage en élévation. La particularité majeure de l’invention réside dans ces moyens 30 de pilotage en élévation, et plus particulièrement dans l’emploi de ballast 32 à structure particulière. En référence à la , les moyens 30 de pilotage en élévation de la cuve 18 par rapport à la surface Se de l’eau environnante E comportent une série de ballasts 32. Dans cet exemple, la cuve 18 présente une forme polygonale et les ballasts 32 sont identiques en présentant une forme générale de disque. Les ballasts 32 sont agencés à pas régulier autour de la cuve 18, à la manière de pétales d’une fleur cyclique, en étant chacun agencés au niveau d’un côté distinct du contour polygonal de cette cuve 18. En particulier, les ballasts 32 s’inscrivent chacun dans un plan vertical respectif qui intersecte l’axe central de la cuve qui est confondu avec l’axe défini vertical V. Il est à noter que l’invention n’est pas limitée à la forme de la cuve 18 et à l’agencement et/ou l’orientation des ballast 32 décrits sur la base de la . A titre d’exemple non limitatif, il peut être retenu une forme parallélépipédique de cuve 18 combinée à une distribution linéaire de ballasts 32. Pour la description de la structure du ballast 32 selon l’invention, on adoptera également un référentiel de ballast AX, AY. Il définit des axes d’orientation axiale AX et radiale AY. Aussi, un élément dit intérieur est un également qui est plus proche radialement de l’axe AX que ne l’est un élément dit extérieur. Dans l’exemple des figures 2, 3 et 4, les ballasts 32 comportent chacun un corps central pourvu de : - deux flasques transversaux 34 qui s’étendent parallèlement dans la direction axiale ; et - une âme 36 qui relie les flasque 34 en étant interposée entre eux. L’âme 36 comporte une paroi de guidage 38 conformée pour s’étendre en spirale autour de l’axe AX qui correspond à l’axe central du ballast. Cette paroi de guidage 38 présente avantageusement une épaisseur et une largeur, mesurées respectivement dans la direction radiale et dans la direction axiale, qui sont constantes à la manière d’un ruban. Par spirale, on entend au sens de l’invention que la paroi 38 se rapproche progressivement de l’axe AX en tourbillonnant. Préférentiellement, la paroi de guidage 38 se rapproche uniformément de l’axe AX de sorte à présenter un pas constant. Cette architecture se calque sur le modèle de spirale d’Archimède. Pour assurer une cohésion d’ensemble du corps central, l’âme 36 est maintenue par liaison encastrement aux flasques 34 qui s’étendent axialement de part et d’autre de celle-ci. Cette liaison encastrement peut être réalisée par toute technique conventionnelle d’assemblage dès lors qu’un contact linéique, autrement dit une continuité de matière, est assuré entre les flasques 34 et la paroi 38 le long de son étendue. A titre d’exemple, l’âme 36 peut comporter deux languettes qui suivent le profil de la paroi 38, se présentant par exemple sous la forme d’une tôle, en la prolongeant de part et d’autre et à la perpendiculaire, de sorte à venir en appui-plan contre le flasque directement en vis-à-vis et ainsi permettre un assemblage par vissage. Les flasques 34 présentent avantageusement une forme circulaire et sont superposables dans la direction axiale. Les flasques 34 et la paroi 38 de l’âme 36 sont dimensionnés de sorte que la paroi 38 en spiral ne s’étende pas transversalement au-delà des flasques. Autrement dit, il est visé que la paroi 38 reste inscrite dans l’alignement axial des flasques 34. Avec cet arrangement, la paroi 38 de guidage et les flasques transversaux 34 délimitent conjointement un conduit 40 de cheminement en spiral. Dans l’exemple de la , le conduit 40 présente en tout point une forme parallélépipédique en section radiale, entendu que la paroi 38 s’étend à la normale aux flasques 34. Il est à noter cependant que l’invention n’est pas limitée à cet arrangement particulier, et permet tout type de profil en section du conduit 40. A titre d’exemple non limitatif, le conduit 40 peut présenter une forme en chevron, obtenue par un pliage de la paroi 38 le long de sa médiane. Ce conduit 40 est borné aux extrémités radiales de la paroi de guidage 38 de l’âme 36, au niveau desquelles sont définies deux embouchures, dont une embouchure dite extérieure 42e et une embouchure dite intérieure 42i. Il est avantageusement préconisé selon l’invention que ces deux embouchures 42e, 42i communiquent sur l’extérieur de manière à autoriser un déplacement maitrisé de fluide le long du conduit 40, sans quoi il serait soumis à une différence de pression. L’embouchure extérieure 42e, située au niveau du contour périphérique du conduit 40, permet en tant que telle une communication avec l’extérieur. En ce qui concerne la communication de l’embouchure intérieure 42i avec l’extérieur, il est préconisé de former un orifice 44 dans l’un des flasques 34. Cet orifice 44 est formé traversant suivant la direction axiale en étant centré sur l’axe central AX. Le diamètre de cet orifice 44 est avantageusement fixé de manière à autoriser une circulation fluide entre le conduit 40 et l’extérieur uniquement ou au moins majoritairement au travers de l’embouchure intérieure 42i. Complémentairement à cet orifice 44, le ballast 32 comporte une canalisation 46 et un raccord tournant 48. Le raccord tournant 48 est installé dans l’alignement axial de l’axe central AX et à l’interface entre la canalisation 46 et le flasque 34 muni de l’orifice 44. Par définition, ce raccord tournant 48 assure une communication entre le conduit 40, au travers de l’orifice 44, tout en autorisant un déplacement relatif autour de l’axe central AX du corps central de ballast, formé de l’association des deux flasques 34 et de l’âme 36, par rapport à la canalisation 46. La canalisation 46 chemine depuis le raccord tournant 48 en s’orientant suivant la direction radiale jusqu’à une extrémité 50 ouverte sur l’extérieur. En particulier, la canalisation est conformée de sorte que cette extrémité 50 s’étend au niveau ou radialement au-delà de l’embouchure extérieure 42e. D’un point de vue intégration, les ballasts 32 sont prévus pour être montés en rotation sur la cuve 18, chacun autour de leur axe AX central respectif. Selon l’arrangement illustré sur les figures annexés, les flasques transversaux 34 sont chacun prolongés axialement, et extérieurement à l’âme 36, par un moyeu 54. Complémentairement, la cuve 18 comporte une série de chapes 58 dont chacune supporte en rotation les moyeux 54 d’un ballast 32. En détail, chaque chape 58 comporte deux pattes 59 parallèles qui sont assez espacées l’une de l’autre pour interposer le ballast 32 correspondant quand les moyeux 54 s’étendent chacun au travers d’une ouverture 62 formée dans la patte 59 directement en regard. Il est privilégié selon l’invention que les ballasts 32 équipent la cuve 18 du système de stockage de stockage d’énergie 12 en étant orientés de sorte que leur axe central AX respectif s’étend à la perpendiculaire à la direction verticale V. Complémentairement, la canalisation 46 de chacun des ballasts 32 est maintenue par un élément de fixation de la cuve 18 de sorte à s’étendre verticalement au niveau de son extrémité 50 qui communique sur l’extérieur. Par cet arrangement, il est visé que l’extrémité 50 de canalisation 46 reste émergé en tout temps, en particulier quand la cuve 18 est verticalement descendue, pour autoriser une communication entre le conduit 40 et l’air ambiant, à la manière d’un tuba de plongée. Comme représenté à la , les moyens 30 de pilotage en élévation de la cuve 18 peuvent additionnellement comporter un flotteur d’appoint 66 pour s’en assurer. Ce flotteur 66 se présente avantageusement sous la forme d’une bouée circulaire centrée verticalement sur la cuve 18, pour agir uniformément sur l’ensemble des ballasts 32. Déplacement de cuve et dynamique de remplissage/purge des ballasts En référence aux figures 5a à 5e, va être décrit le principe de fonctionnement d’un ballast 32 à partir de la situation de la pour laquelle il est visé de descendre la cuve 18, à savoir la déplacer verticalement vers le bas B, pour permettre un remplissage en eau de l’enceinte intérieure I. En considérant un cas pour lequel le conduit 40 est exclusivement rempli d’air, comme représenté à la , il agit comme un flotteur conventionnel pour maintenir la cuve 18 en élévation par rapport à la surface Se d’eau environnante. Par une mise rotation sur un tour suivant un sens R1, défini comme le sens pour lequel l’embouchure extérieure 42e s’avance, le conduit 40 va capter un volume d’eau V1 au niveau de la spire extérieure Spe repérée en gras sur la . La spire extérieure correspond au tronçon périphérique de conduit 40. Ce volume d’eau V1 s’engouffre dans le conduit 40 au travers de l’embouchure extérieure 42e quand celle-ci est immergée sur le tour. En continuant la rotation sur un autre tour suivant R1, un second volume d’eau V2 va être capté dans le conduit 40 au passage de l’embouchure extérieure 42e dans l’eau environnante E. Durant ce tour, le conduit 40 va se déplacer relativement au premier volume V1 déjà contenu, ce qui revient au global à considérer un déplacement de ce premier volume vers le centre de la spirale pour se retrouver dans la spire adjacente, qui est notée Spe-1 et délimitée en gras sur la . Le premier volume V1 d’eau agencé dans cette spire adjacente Spe-1 est ainsi maintenu verticalement au-dessus du second volume V2 qui est contenu dans la spire extérieure Spe. A ce stade, tout ou partie de ce premier volume V1 se retrouve au-dessus de la surface Se de l’eau environnante, autrement dit ne fait pas corps avec l’eau environnante E. Cette partie émergée du volume V1 diminue ainsi la flottabilité du ballast, ce qui conduit la cuve 18 à naturellement descendre verticalement pour revenir à l’équilibre. Ainsi de suite, le conduit 40 va progressivement se remplir en eau au fur et à mesure des tours suivant R1, et la cuve va corolairement descendre. A noter que l’on observe un effet d’auto-amplification de la descente de la cuve 18. En effet, à mesure que le conduit 40 s’immerge, le parcours angulaire de l’embouchure extérieure 42e quand elle est immergée augmente, conduisant à capter davantage d’eau. En pratique, de l’air a été emprisonné à chaque tour entre deux volumes d’eau capté. Cet air ne participe pas à la descente de la cuve 18. Cette particularité est notamment bien visible à la qui correspond au cas pour lequel l’ensemble des spires contient de l’eau et de l’air. Néanmoins, cet air va diminuer progressivement dans le conduit 40 en poursuivant la rotation suivant le sens R1. En effet, les volumes d’eau successifs (V1, V2, …) qui occupent le conduit 40, ainsi que l’air emprisonné entre eux, vont être rejetés dans l’air ambiant par la canalisation 46 qui prolonge l’embouchure intérieure 42i, au profit de volumes d’eau toujours plus important entrant par l’embouchure extérieure 42e sous l’effet d’auto-amplification décrit. Le ballast 32 agit alors comme une pompe qui impose durant la rotation de son conduit 40 un déplacement d’eau de l’embouchure extérieure 42e vers l’embouchure intérieure 42i. Quand il est visé à l’inverse de remonter la cuve 18, notamment après une étape de remplissage de son enceinte intérieure I comme illustré sur la , il s’agit d’entraîner en rotation le conduit 40 dans le sens opposé au sens R1, noté R2 sur les figures 6a et 6b. Suivant ce sens de rotation R2, l’eau contenue dans le conduit 40 va cheminer depuis l’embouchure intérieure 42i vers l’embouchure extérieure 42e en étant remplacé par de l’air aspiré depuis l’extérieur par la canalisation 46. Comme il est compris, le conduit 40 se vide en eau progressivement dans un sens intérieur-extérieur radialement, en passant successivement de l’état illustré à la à celui de la figures 6b pour retrouver une flottabilité positive. Autrement dit, à mesure que le conduit 40 se vide en eau, la proportion en air qu’il contient augmente, ce qui augmente la flottabilité du ballast 32 et conduit corrolairement à la réhausse verticale progressive de la cuve 18. Au vu de ce qui précède, la structure spécifique à conduit 40 en spirale selon l’invention octroie au ballast 32 une double fonctionnalité : - un effet de leste moyennant un remplissage en eau, qui impose à la cuve de descendre pour compenser la différence de hauteur entre l’eau contenue dans le conduit 40 et la surface Se d’eau environnante. En pareil cas, le ballast 32 selon l’invention agit à la manière d’un ballast appelé communément « de type inverse » ; - une aide à la flottaison de la cuve moyennant une purge en eau du conduit 40, qui se rempli à la place en air afin de tenir la cuve 18 émergée, à la manière d’un ballast dit « conventionnel ». Il est ainsi possible de moduler au juste besoin la hauteur de cuve 18 moyennant un simple entraînement mécanique en rotation dans un sens ou dans l’autre autour de l’axe central AX du corps de ballast, ayant pour effet de modifier la proportion en eau et en air contenu dans le conduit 40. Actionnement des ballasts L’entraînement en rotation du corps de ballast, définissant le conduit 40, peut être assuré par un actionneur d’entraînement 60. Selon une première variante de réalisation illustrée en , cet actionneur d’entraînement 60 comporte un moteur électrique 62 et un mécanisme de transmission 64. Le mécanisme de transmission 64 assure le couplage en rotation, et optionnellement une démultiplication de couple, entre le moteur électrique 62 et le moyeu 54 du ballast 32 considéré. Le moteur électrique 62 et le mécanisme de transmission 64, schématisé par une ligne de transmission de puissance en pointillés, sont portés par la cuve 18 du système de stockage 12. Le conduit 40 de ballast 32 est ainsi entrainé en rotation par l’actionneur d’entraînement 60 dans le sens R1 ou le sens R2 selon le sens de rotation généré en sortie du moteur électrique 62. Comme il est compris, les moyens 30 de pilotage en élévation de la cuve 18 comportent un nombre d’actionneurs 60 correspondant au nombre de ballast 32 qui équipent la cuve 18, chacun coopérant avec un moyeu 54 de ballast. Les actionneurs 60 fonctionnent avantageusement de concert, du moins pour cette application donnée, à savoir simultanément en fournissant une rotation suivant le même sens autour de l’axe central AX de ballast, pour aboutir à une descente ou une remontée de la cuve 18 verticalement équilibrée. Les moteurs électriques 62 consomment en pratique une partie de l’énergie électrique générée au global par la centrale 10 durant la décharge de l’enceinte intérieure I en eau pour entraîner en rotation les corps de ballast à chaque cycle de descente et de remontée de la cuve 18. Sur cette base, il est proposé une deuxième variante de réalisation visant à réduire l’énergie consommé par les moteur électrique 62. Selon cette variante illustrée à la , chaque actionneur d’entraînement 60 comporte additionnellement un système 66 auxiliaire de mise en rotation. Ce système auxiliaire 66 est configuré pour exploiter l’énergie marémotrice, à savoir en tirant avantage de la modification naturelle de hauteur He de l’étendue d’eau environnante E. En détail, ce système 66 comporte pour chaque ballast 32 : - un mandrin 68 aligné axialement sur l’axe central AX et un assemblé rigidement à un essieu 54 ; - un câble d’ancrage 70 enroulé autour du mandrin 68 et dont une extrémité est rattachée à ce mandrin 68 ; - un flotteur 72 qui est rattaché à l’autre extrémité du câble d’ancrage 70 ; - une plateforme sous-marine 74. La plateforme sous-marine 74 est maintenue verticalement en deçà de la cuve 18, à une position indépendante des variations de hauteur de la cuve 18. En pratique, il est judicieux de fixer cette plateforme 40 au fond Te de l’étendue d’eau environnante E. Dans l’exemple de la , une même plateforme sous-marine 74 est commune à l’ensemble des systèmes auxiliaires 66, mais un arrangement dans lequel chaque système auxiliaire 66 comporte une plateforme 74 distincte peut être retenu. En ce qui concerne le câble d’ancrage 70, il s’étend de façon serpentine depuis le mandrin 68 auquel il est rattaché à une extrémité vers le flotteur 72 auquel il est rattaché à une autre extrémité selon le cheminement suivant : - il prolonge le mandrin 68 autour duquel il est enroulé en plongeant verticalement pour rejoindre la plateforme sous-marine 74 ; - il est retenu le long d’une portion de la plateforme 74 en adoptant une orientation transversale s’éloignant de la cuve 18. A noter que la plateforme 74 peut être équipée d’une glissière dans laquelle est maintenu le câble 70, ou d’anneaux au travers desquels ce câble passe ; - il remonte verticalement depuis la plateforme jusqu’au flotteur 72 qui s’étend transversalement à distance de la cuve 18 et du ballast 32 avec lequel il coopère. En considérant la cuve 18 descendue pour remplissage tel qu’illustré à la , une hausse de la hauteur de surface Se d’eau environnante sous l’effet conjugué des forces de gravitation de la Lune et du Soleil, tend à faire monter le flotteur 72. Il est compris que le flotteur 72, qui surnage en surface Se, est conduit à suivre la hausse de hauteur d’eau He sous l’effet de la poussée d’Archimède, noté Fa, à laquelle il est soumis. Cette poussée d’Archimède correspond à une force orientée verticalement vers le haut et appliquée en extrémité de câble 70 rattachée au flotteur 72. Elle tend en réaction à tirer verticalement vers le bas le tronçon de câble enroulé autour du mandrin 68, ce qui conduit à le dérouler en imposant une rotation du corps de ballast 32. Cette solution permet ainsi un entraînement en rotation spontané du corps de ballast, en utilisant judicieusement l’effet de marée. Dans l’exemple de la , la marée est montante lorsqu’il est visé de monter la cuve 18. En pareil cas, il s’agit d’enrouler le câble 70 sur le mandrin 68 de sorte que la montée du flotteur 72 entraîne en rotation le corps de ballast suivant le sens R2 assurant la vidange en eau du conduit 40. A noter qu’un arrangement inverse peut être également retenu, à savoir enrouler le câble 70 sur le mandrin 68 de sorte que la montée naturelle du flotteur 72 entraîne en rotation le corps de ballast suivant le sens R1 quand il est défini une descente de la cuve 18 quand la marée monte. Comme il est compris, le système auxiliaire 66 permet de suppléer totalement ou partiellement le moteur électrique 62 dans un sens de rotation, R1 ou R2, tandis que le moteur électrique 62 assure pleinement la rotation dans l’autre sens. Il est entendu par « totalement » le fait que le système auxiliaire 66 assure l’entrainement en tant que tel du corps de ballast dans un sens prédéfini de rotation. Le terme « partiellement » renvoie au cas où la poussée d’Archimède appliquée au flotteur 72 n’est pas d’intensité suffisante pour entrainer en tant que telle en rotation le corps de ballast, mais permet de réduire le couple de rotation à appliquer par le moteur électrique 62 sur le moyeu 56, et donc sa consommation. Events pilotables La dynamique de remplissage en eau des conduits 40 de ballasts 32 a été décrite sur la base des figures 5a-5e et 6a-6b en ne prenant pas en considération la pression en son sein. En pratique, du fait du cheminement en spirale du conduit 40, la pression de l’air emprisonné entre chaque volume d’eau (V1, V2, …) augmente à chaque tour suivant R1, entendu que l’espace qui lui est alloué se réduit à mesure de s’approcher de l’embouchure intérieure 42e. La illustre ce phénomène sous la forme d’un dégradé de niveau de gris. Sous l’effet de cette surpression, l’eau est poussée davantage vers l’embouchure intérieure 42e à mesure des tours, ce qui est générateur d’incertitude et peut nuire au fonctionnement idéal du ballast 32. Pour s’affranchir d’un tel phénomène, il est avantageusement prévu selon l’invention d’équiper les ballasts 32 d’évents pilotables 78. Dans l’exemple de la , ces évents 78 sont répartis en plusieurs lots d’évents 78 radialement alignés. Cette multiplication permet de limiter les positions angulaires du corps de ballast pour lesquelles aucun évent n’est accessible pour l’air confiné dans le conduit 40. Ces évents 78 sont ainsi pilotables de manière à sélectivement autoriser ou bloquer une communication fluide au travers entre l’intérieur et l’extérieur du conduit 40. A noter que le pilotage des évents 78 peut être asservi en fonction de leur position mais également de l’état de déplacement vertical de la cuve 18. Dans l’exemple de la , il est visé d’autoriser un passage d’air au travers des évents qui sont à la fois émergés et agencés au niveau d’une poche d’air dans le conduit 40 pour permettre une décharge en pression lors de la descente verticale de la cuve 18. Dans cet exemple il peut additionnellement être souhaité d’ouvrir les évents 78 qui sont immergés pour accélérer l’immersion du corps de ballast et donc de la cuve 18. A l’inverse, durant une étape de hissage de la cuve 18, il peut être judicieux d’ouvrir les évents 78 quand ils émergent de sorte à permettre une décharge du conduit 40 en eau également au travers de ces évents. Comme il est compris, une telle décharge en eau au travers des évents 78 limite le temps associé à la vidange en eau du conduit pour aboutir à un hissage plus rapide de la cuve 18. Au vu de ce qui précède, il est à noter qu’en limitant le temps nécessaire pour élever ou descendre verticalement la cuve 18, ces évents pilotable 78 octroient la possibilité de réduire la consommation des moteurs électriques 62, par limitation de leur temps d’activation. L’invention a été décrite comme se rapportant à un ballast 32 dont le corps, formé de deux flasques 34 qui enserrent de part et d’autre une âme 36, délimite un conduit 40 à cheminement en spirale. Il est à noter d’une manière générale que l’invention n’est pas limitée aux éléments constitutifs du corps de ballast 32 tels que décrits, dès lors qu’il définit un tel conduit 40 d’axe central AX autour duquel il est entraîné en rotation. A titre d’exemple, il peut être retenu, en variante au corps de ballast tel que décrit sur la base des figures 3 et 4, de conformer directement le conduit 40 par enroulement d’un tube sur lui-même. Les moyeux 54 peuvent être fixés sur le conduit 40 ainsi formé, par exemple par soudage. Aussi, le ballast 32 n’est pas limité à l’emploi d’une canalisation 46 et d’un contact tournant 48 tels que décrits pour former une passerelle de passage fluide entre l’extérieur et l’embouchure intérieure 42i du conduit 40. En pratique, le ballast 32 selon l’invention peut être dépourvu de ces éléments, et plus généralement de voie de communication directe entre l’embouchure intérieure 42i et l’extérieur du ballast, au détriment néanmoins de son efficacité. En effet, en pareil cas, le temps associé au remplissage ou à la vidange en eau du conduit 40 s’en retrouve augmenté du fait que l’eau et l’air doivent fluer dans des sens opposés, et donc se gêner, pour assurer un remplacement de l’un par l’autre au travers de l’embouchure extérieure 42e. Le ballast 32 selon l’invention est globalement de construction simple et robuste. La structure du ballast 32 est globalement non travaillante, à savoir n’est pas soumise à des efforts importants. Cette particularité est d’autant plus vraie si le ballast 32 est équipé d’évents pilotables 78 qui assurent un fonctionnement à pression sensiblement atmosphérique dans le conduit 40. L’invention a été expliqué comme se rapportant à un ballast 32 pouvant équiper un système de stockage d’énergie 12 sous forme potentielle. Il est à noter cependant que le ballast selon l’invention n’est pas limité à cette application particulière. En pratique, il peut être utilisé pour moduler la hauteur de toute installation ou engin maritime dès lors qu’il autorise le conduit 40 à être au moins partiellement immergé durant sa vie en fonctionnement. A titre d’exemple, une série de ballasts 32 selon l’invention peut être utilisée pour équiper une plateforme marine flottante, comme de forage ou de supportage de mat éolien, afin de compenser les inégalités de répartition des masses liées aux variations de charge, au vent ou aux vagues. Selon un autre exemple, de tels ballast peuvent être retenus pour équiper des navires de surface afin d’optimiser la navigation, comme corriger la gîte ou l'assiette, ou piloter l’enfoncement dans l’eau selon la masse du chargement de manière à conserver l’hélice qui les propulse immergée. Le ballast 32, en particulier dans sa forme équipée d’une canalisation 46 et d’un contact tournant 48, peut également être utilisé en qualité de pompe hydraulique pour une quelconque application. En effet, une rotation selon le sens R1 du conduit 40 assure un effet de pompage d’eau au niveau de l’embouchure extérieure 42e pour la recueillir au niveau de l’extrémité 50 de canalisation 46. Ballast (32) pour assurer un déplacement vertical d’une structure marine (18) entre deux niveau d’élévation par rapport à une surface (Se) d’eau environnante (E) dans laquelle elle baigne, ce ballast (32) comprenant un conduit (40) en spiral qui s’étend radialement autour d’un axe central (AX) à partir d’une embouchure extérieure (42e), ce conduit (40) étant destiné à être entraîné en rotation autour de cet axe central (AX) en étant porté par la structure marine (18) de sorte à s’étendre de manière au moins partiellement immergé dans l’eau environnante, le ballast (32) autorisant un remplissage du conduit (40) en eau environnante au travers de l’embouchure extérieur (42e) suivant un premier sens (R1) de rotation et une vidange d’eau contenue dans le conduit au travers de l’embouchure extérieure (42e) suivant un second sens (R2) de rotation, opposé au premier sens (R1) de rotation. Ballast (32) selon la revendication 1, dans lequel le conduit (40) est borné entre l’embouchure extérieure (42e) et une embouchure intérieure (42i) plus proche radialement de l’axe central (AX) que ne l’est l’embouchure extérieure (42e), le ballast (32) comprenant en outre : - une canalisation (46) comprenant une première extrémité (50) et une deuxième extrémité, cette canalisation (46) étant prévue pour être portée rigidement par la structure marine (18) de sorte que sa première extrémité (50) reste émergée entre les deux niveau d’élévation , et ; - un contact tournant (48) qui relie fluidiquement l’embouchure intérieure (42i) à la deuxième extrémité de canalisation (46). Ballast (32) selon la revendication 1 ou 2, comprenant en outre une série d’évents pilotables (78) pour chacun selectivement autoriser ou bloquer au travers une communication fluidique entre le conduit (40) et un extérieur au conduit Ballast (32) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant : - deux flasques transversaux (34) qui s’étendent parallèlement dans la direction axiale ; et - une âme (36) qui relie les flasques (34) en étant interposée entre eux, dans lequel les deux flasques (34) et l’âme (36) délimitent conjointement le conduit (40) en spiral. Ensemble (12) comprenant une structure marine (18) et au moins un ballast (32) de déplacement vertical de la structure marine (18) par rapport à une surface (Se) d’eau environnante (E) dans laquelle elle baigne selon l’une quelconque des revendications précédentes, ledit au moins ballast (32) comportant un moyeu (54) centré sur l’axe central (AX), ce moyeu (54) étant solidaire rigidement du conduit (40) et porté libre en rotation par la structure marine, l’ensemble comportant en outre un actionneur (60) d’entraînement en rotation du moyeu (54) autour de l’axe central (AX). Ensemble selon la revendication 5, dans lequel l’actionneur (60) d’entraînement en rotation du conduit (40) de ballast (32) par le moyeu (54) comporte un moteur électrique (62) et un mécanisme de transmission (64) qui transmet une rotation fournie en sortie du moteur électrique (62) au moyeu (54) de ballast (32). Ensemble (12) selon la revendication 6, comprenant en outre un système auxiliaire (66) d’entraînement en rotation du conduit (40) de ballast (32), ce système auxiliaire (66) comportant : - un mandrin (68) aligné axialement sur l’axe central (AX) et assemblé rigidement au moyeu (54) ; - un câble d’ancrage (70) enroulé autour du mandrin (68) et dont une extrémité est rattachée à ce mandrin (68) ; - un flotteur (72) qui est rattaché à l’autre extrémité du câble d’ancrage (70) ; - une plateforme (74) maintenue en deçà verticalement de la structure marine (18) et dont la position est indépendante du niveau d’élévation de cette structure marine (18) par rapport à la surface (Se) d’eau environnante (E), par exemple fixée sur une surface de fond (Te) de l’étendue d’eau environnante (E) ; dans lequel le câble d’ancrage (70) relie le flotteur (72) au mandrin (68) en s’étendant successivement depuis le mandrin (68) : - verticalement vers le bas pour rejoindre la plateforme (74) ; - transversalement en s’éloignant de la structure marine (18) en étant retenu au niveau de la plateforme (74) ; - verticalement vers le haut pour rejoindre le flotteur (72). Ensemble (12) selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel la structure marine (18) est une cuve comprenant : - une paroi (20) qui délimite une enceinte intérieure de cuve (I) dans laquelle peut être stocké un volume intérieur d’eau de manière isolée de l’étendue d’eau environnante (E), - un orifice admission d’eau (22) qui autorise un passage d’eau dans l’enceinte intérieure (I) pour constituer le volume intérieur d’eau quand elle s’étend à un niveau d’élévation dit descendu par rapport à la surface (Se) d’eau environnante (E), - un orifice de décharge d’eau (24) au travers duquel le volume intérieur d’eau peut être vidangé hors de l’enceinte intérieure (I). Centrale hydroélectrique (10) comprenant : - un ensemble selon la revendication 8, - une turbine hydraulique (14) reliée à l’orifice de décharge (24) de cuve (18) pour générer une énergie mécanique (Em) au passage de l’eau vidangée de l’enceinte intérieure (I) de cuve (18) quand la cuve est à un niveau dit élevé par rapport à la surface (Se) d’eau environnante (E),; - une génératrice (16) qui coopère avec la turbine hydraulique (14) pour convertir l’énergie mécanique (Em) en énergie électrique (Ee). Procédé de rechargement en eau de l’enceinte intérieure (I) de la cuve (18) entre deux cycles de production d’énergie électrique (Ee) de la centrale hydroélectrique (10) selon la revendication 9 ; comprenant : - une étape de descente de la cuve (18) par mise en rotation du conduit (40) de ballast (32) suivant le premier sens (R1) de rotation pour remplir ce conduit (40) en eau, pour immerger l’orifice admission d’eau (22) dans l’eau environnante (E) ; - une étape d’introduction d’eau dans l’enceinte intérieure (I) par l’orifice admission d’eau (22) pour constituer le volume intérieur d’eau ; et - une étape de montée de la cuve (18) par mise en rotation du conduit (40) de ballast (32) suivant le deuxième sens (R2) de rotation pour purger ce conduit (40) en eau.