Brevet FR3147332A1 — publié le 20241004

L’invention porte sur un dispositif générateur de flux fluidique (100) et ou un moteur hydraulique et ou une combinaison de ceux-ci, ou un moteur hydraulique ou une combinaison de ceux-ci, agencé pour déplacer un fluide selon une direction de déplacement (D), le dispositif comprenant : - un bâti, - au moins une membrane (1, 11, 61) agencée pour mettre en mouvement le fluide, présentant un bord amont (3, 13, 63) et un bord aval (4, 14, 64), - au moins un actionneur mettant en mouvement l’au moins une membrane ou étant actionné par le mouvement de l’au moins une membrane, caractérisé en ce que la matière de l’au moins une membrane présente un module élastique diminuant depuis le bord amont vers le bord aval. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1 DISPOSITIF GÉNÉRATEUR DE FLUX FLUIDIQUE COMPRENANT UNE MEMBRANE À RAIDEUR DÉCROISSANTE La présente invention concerne un dispositif générateur ou récupérateur d’énergie d’un flux fluidique comprenant une membrane à raideur décroissante. On connaît de l’état de la technique des dispositifs générateur de flux fluidique, en particulier hydraulique, comprenant une membrane ondulante. Cependant, il est ainsi désireux de proposer une solution simple, économique, écologique, permettant un réglage de la puissance et/ou du débit et/ou de la pression, et offrant un encombrement réduit. OBJET DE L’INVENTION A cet effet, et selon un premier aspect, l’invention propose un dispositif générateur de flux fluidique, ou récupérateur d’énergie d’un flux fluidique, agencé pour déplacer un fluide selon une direction de déplacement, le dispositif comprenant : - un bâti, - au moins une membrane agencée pour mettre en mouvement le fluide, ou être mise en mouvement par le fluide, présentant un bord amont et un bord aval, - au moins un actionneur mettant en mouvement l’au moins une membrane ou étant actionné par le mouvement de l’au moins une membrane, caractérisé en ce que la matière de l’au moins une membrane présente un module élastique diminuant depuis le bord amont vers le bord aval. Dit autrement, l’invention propose un dispositif générateur de flux fluidique, ou récupérateur d’énergie d’un flux fluidique, agencé pour déplacer un fluide selon une direction de déplacement, le dispositif comprenant : - un bâti, - au moins une membrane agencée pour mettre en mouvement le fluide, ou être mise en mouvement par le fluide, présentant un bord amont et un bord aval, - au moins un actionneur mettant en mouvement l’au moins une membrane ou étant actionné par le mouvement de l’au moins une membrane, caractérisé en ce que la matière de l’au moins une membrane présente des caractéristiques mécaniques évolutives depuis le bord amont vers le bord aval, de préférence un module élastique diminuant depuis le bord amont vers le bord aval, ou une dureté diminuant depuis le bord amont vers le bord aval, ou un autre paramètre qualifiant les propriétés mécaniques, en particulier plastiques et/ou élastiques connues de la personne du métier de l’au moins une membrane. Le dispositif générateur de flux fluidique selon l’invention a pour avantages de proposer un encombrement réduit, et de permettre un mouvement de va et vient à haute fréquence améliorant les performances de l’au moins une membrane. De la sorte la différence de pression entre l’espace situé au-dessus de l’au moins une membrane et celui situé au-dessous est maintenue à un niveau élevé sur l’ensemble de la surface de l’au moins une membrane assurant à cette dernière une puissance hydraulique accrue par rapport aux dispositifs antérieurs. En particulier, cet agencement permet de maximiser la vitesse de fluide à l'amont de l’au moins une membrane tout en favorisant la transmission mécanique entre l’au moins une membrane et le fluide environnant. En outre, il permet de laisser le bout de l’au moins une membrane onduler suivant les turbulences à l'aval. Cet agencement permet en outre de proposer un dispositif générateur de flux fluidique offrant un faible coût de fabrication et de maintenance. Pour ce qui précède et pour la suite de la description, on entend par membrane, un élément en forme de nappe présentant des propriétés élastiques autorisant des courbures de celle-ci de manière à réaliser des ondulations successives. La membrane est une pièce comprenant au moins une partie souple ou flexible ou déformable agencée pour réaliser une ondulation. De préférence, on entend par membrane planaire, une membrane s’étendant dans un plan géométrique en particulier lorsque la membrane est au repos. Pour ce qui précède et pour la suite de la description, on entend par direction de déplacement, la direction de déplacement du fluide, en particulier lorsque le dispositif est statique lors de son fonctionnement, ou la direction de déplacement du dispositif, en particulier lorsque le dispositif est mobile lors de son fonctionnement. Pour ce qui précède et pour la suite de la description, on entend par fluide, un milieu liquide, gazeux, homogène ou non-homogène, non chargé ou chargé, par exemple par des matières fluidisables du type poudre, mousse ou granulés… Selon différents modes de réalisation de l’au moins une membrane pouvant être combinables eux : - l’au moins une membrane est planaire et s’étend parallèlement à la direction de déplacement ; – de préférence de manière sensiblement horizontale ; - l’au moins une membrane comprend au moins une membrane polygonale, de préférence rectangulaire, ou triangulaire, ou trapézoïdale, ou hexagonale ; – l’au moins une membrane est discoïdale ; – l’au moins une membrane est tubulaire. Selon différents perfectionnements pouvant être combinables entre eux et combinables aux modes de réalisation précédents, le dispositif peut comprendre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le produit du module élastique de la matière de l’au moins une membrane par l’épaisseur (h) de l’au moins une membrane diminue depuis le bord amont vers le bord aval de l’au moins une membrane ; – le dispositif comprend en outre une âme en matériau de haut module élastique, et ayant une épaisseur d’âme, et un habillage qui recouvre l’âme et qui sur au moins un côté de l’âme est réalisé en matériau de faible module élastique, de préférence inférieur au haut module élastique de l’âme, et a une épaisseur d’habillage, de sorte que la somme du produit du module élastique de l’âme par l’épaisseur de l’âme et du produit du module élastique de l’habillage par l’épaisseur de l’habillage diminue depuis le bord amont vers le bord aval de l’au moins une membrane ; - le bord amont de l’au moins une membrane comprend des nervures en surépaisseur sur l’au moins une membrane ; – de préférence les nervures présentent une hauteur décroissante depuis le bord amont vers le bord aval de l’au moins une membrane ; – selon une première famille de modes de réalisation, l’au moins une membrane présente une forme polygonale, de préférence rectangulaire, ou triangulaire, ou trapézoïdale, ou hexagonale ; - selon une deuxième famille de modes de réalisation, l’au moins une membrane présente une forme discoïdale ; - selon une troisième famille de modes de réalisation, l’au moins une membrane présente une forme tubulaire. De préférence, l’au moins une membrane peut présenter les caractéristiques suivantes : - Formes de membranes : polygonale par exemple rectangulaire, triangulaire, trapézoïdale ou hexagonale, ou cylindrique, circulaire, elliptique, discoïdale, tubulaire, ou une combinaison de ceux-ci ; - Matériaux de membrane : élastomère, caoutchouc, polyuréthane, TPU, EPDM, silicone, nitrile, PTFE, PFA, ou même plastiques, ou métalliques, ou une combinaison de ceux-ci ; - Nombre de membranes : membrane(s) seule ou multiples en série ou en parallèle, en phase ou déphasée ou en opposition de phase pour contrer les balourds, ou une combinaison de ceux-ci. De préférence la membrane utilisée comprend des matériaux élastomères, plastiques, métalliques, ou polymères, naturels ou non. Le mouvement de la membrane est réalisé par un déplacement d’une extrémité en translation alternatif. Par exemple, la membrane peut être 2D ou 3D, du type plan ou planaire, du type cylindrique par exemple discoïdale ou ovoïde, du type polygonale par exemple rectangulaire ou trapézoïdale ou hexagonale, et/ou au moins une membrane 3D du type tubulaire. L’au moins une membrane ou la paroi de l’au moins une membrane peut présenter une épaisseur constante ou variable le long de l’au moins une membrane ou le long de la paroi de l’au moins une membrane. De préférence, chaque membrane peut présenter diverses formes, par exemple polygonale, rectangulaire, triangulaire, trapézoïdale, ou hexagonale, ou cylindrique, circulaire, elliptique, discoïdale, tubulaire. Selon des variantes de réalisation, l’au moins une membrane peut présenter une circonférence avec au moins une portion droite et au moins une portion curviligne. Chaque membrane est composée ou est constituée d’un ou plusieurs matériaux spécifiques, par exemple du marins, alimentaires, biocompatibles, ou hydrocarbures. Par exemple, chaque membrane comprend l’un ou plusieurs des matériaux suivants : élastomère, caoutchouc, polyuréthane, TPU, EPDM, silicone, PTFE, nitrile, ou même plastiques, ou métalliques. De préférence, le dispositif peut comprendre plusieurs membranes. Cette caractéristique permet d’augmenter la poussée ou la vitesse générées par le dispositif sans pour autant augmenter les dimensions de ce dispositif. Dans le cas où ces membranes fonctionnent en opposition de phase, cela permet également de contrer les balourds. Chaque membrane est agencée pour être déplacée en translation de manière rectiligne et alternative. Chaque membrane est prévue pour osciller ou onduler avec une fréquence et une amplitude prédéterminées. Selon un mode de réalisation, l’au moins une membrane est mise en mouvement par au moins un élément relié à une extrémité de l’au moins une membrane. Selon un autre mode de réalisation, l’au moins une membrane est mise en mouvement par au moins un élément relié à un bord périphérique de l’au moins une membrane. De préférence, l’au moins une membrane peut présenter les caractéristiques suivantes : – dureté shore A de 50 à 90 ShA, - épaisseur de 0.5 mm à 10 mm, Ces caractéristiques permettent un débattement angulaire de 5° à 25°. Selon d’autres aspects de l’invention, il peut être prévu : – un propulseur hydraulique pour la propulsion d’engin nautique caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif générateur de flux fluidique selon l’une ou plusieurs des caractéristiques du premier aspect ; – un moteur hydraulique caractérisé en ce qu’il comprend, ou est associé à, un dispositif générateur de flux fluidique selon l’une ou plusieurs des caractéristiques du premier aspect ; – un hydro-générateur caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif générateur de flux fluidique selon l’une ou plusieurs des caractéristiques du premier aspect ; – une pompe caractérisée en ce qu’elle comprend un dispositif générateur de flux fluidique selon l’une ou plusieurs des caractéristiques du premier aspect ; – un compresseur caractérisé en ce qu’elle comprend un dispositif générateur de flux fluidique selon l’une ou plusieurs des caractéristiques du premier aspect ; – un ventilateur caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif générateur de flux fluidique selon l’une ou plusieurs des caractéristiques du premier aspect. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée de l’invention qui va suivre en référence aux figures annexées et dans lesquelles : La est une demi-vue schématique en coupe d’une pompe à membrane ondulante selon un mode de réalisation de l’invention ; La figure 2A est une vue en perspective, avec une coupe partielle, d’une membrane discoïdale selon plusieurs modes particuliers de réalisation de l’invention, et une demi-vue schématique en coupe d’une pompe à membrane ondulante selon un mode de réalisation de l’invention ; La figure 2B est une vue en coupe partielle d’une membrane discoïdale selon un mode de réalisation, comprenant une âme présentant une épaisseur décroissante entre le bord amont et le bord aval de la membrane ; La est une vue en coupe partielle d’une membrane discoïdale selon un mode de réalisation, comprenant des nervures sur ladite membrane, les nervures étant en outre disposées radialement et espacées l’une de l’autre le long de la circonférence de ladite membrane. Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires des différents modes de réalisation sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures. DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION En référence à la , il est présenté un mode de réalisation d’un dispositif générateur de flux fluidique du type pompe 100 à membrane ondulante. Le dispositif comprend une membrane 1, ici de forme discoïdale, qui s’étend entre deux parois, dites flasques 2, constituant une chambre de propulsion du fluide. En particulier, les parois ou les flasques coopèrent avec l’au moins une membrane afin de mettre en pression localement le fluide en présence afin de produire localement une augmentation de débit et/ou pression par rapport au milieu environnant. Un actionneur non représenté est relié à un bord amont 3 de la membrane et actionne transversalement le bord amont 3 de la membrane pour faire onduler la membrane selon une onde progressive qui se propage du bord amont 3 vers le bord aval 4 de la membrane. Le fluide est alors transféré entre les deux flasques d’une entrée de la chambre de propulsion à la périphérie de celle-ci vers une sortie de la chambre de propulsion située au centre de celle-ci. Si Z est l’axe de révolution de la pompe, on observera que si l’on découpe en pensée la pompe selon un cylindre circulaire d’axe Z, la partie de ce cylindre située entre les flasques 2 définit, si l’on retire la section de la membrane coupée par ce cylindre, une section utile de passage du fluide. Bien sûr, au fur et à mesure que l’on se rapproche du centre de la membrane, l’aire de la section utile diminue en raison de la diminution du rayon du cylindre, mais également du rapprochement des deux flasques. Pour un fluide incompressible tel qu’un liquide, la loi de conservation du débit entre l’entrée et la sortie de la chambre de propulsion impose que la vitesse moyenne de passage du fluide à travers les différentes sections utiles augmente en proportion de la diminution de l’aire de la section utile. L’invention vise notamment à proposer une membrane qui tienne compte de cette évolution de vitesse moyenne du fluide entre l’entrée et la sortie de la chambre de propulsion du fluide. Si l’on considère la , les sections de passage du fluide entre la membrane et les flasques, l’amplitude des ondes W forme des restrictions de section progressant à la vitesse de propagation de l’onde Co. La différence de pression, entre la pression en amont de la restriction P2 et la pression en aval de la restriction P1, dépend de la différence de vitesse entre la vitesse de propagation de l’onde Co et la vitesse moyenne du fluide Cmf. Le produit de cette différence de pression P2-P1 par le débit moyen dans cette section correspond à la puissance hydraulique transmise localement au fluide. Le maintien d’une différence de vitesse positive dans toute section transversale de la chambre de propulsion permet de garantir une puissance transmise au fluide positive, ceci sur toute la longueur de propagation de l’onde le long de la membrane, c’est-à-dire ici sur tout le rayon actif de la membrane. Ainsi, le régime d’onde constitue une suite de restrictions et de différences de pressions qui s’échelonnent de la pression d’entrée à la pression de sortie de la chambre de propulsion. La différence entre la pression d’entrée et la pression de sortie multipliée par le débit moyen correspond à la puissance hydraulique moyenne transmise au fluide. Le type de membrane proposé permet d’améliorer le transfert énergie mécanique entre la membrane et le fluide environnant sur tout son rayon actif, avec dans toute section transversale de la chambre de propulsion, une onde progressive dont la membrane est le siège, qui se propage plus vite que ne se déplace le fluide au travers de cette section de la chambre de propulsion. A cet effet, et selon le mode particulier de réalisation référencé A, sur la figure 2, la membrane 1 est ici composée de portions annulaires concentriques réalisées par des matériaux ayant des modules d’élasticité différents disposés de telle manière que le module d’élasticité E de la matière de la membrane diminue depuis le bord amont, dit aussi périphérique extérieur, 3 vers le bord aval 4 de la membrane, de préférence plus vite que ne diminue l’épaisseur h de la membrane. De préférence, la diminution du module d’élasticité E de la matière de la membrane suit une relation mathématique affine. De préférence, l’épaisseur de la matière de la membrane suit une relation mathématique affine. En référence à la figure 2A, l’évolution du module élastique E est représentée par une succession de zones annulaires, dont on ne voit bien sûr dans la vue de détail que la section dans le plan de coupe. Ainsi, le produit E x h compté dans une section transversale diminue continûment depuis le bord amont 3 vers le bord aval 4. En outre le cylindre de rayon R1 délimite une section utile de passage de fluide S1 (de forme cylindrique circulaire) et que le cylindre de rayon R2 délimite une section utile de passage de fluide S2 (également de forme cylindrique circulaire), l’aire des deux sections étant dans le rapport (R2/R1)2 x H2/H1, où H1 et H2 sont les hauteurs entre les flasques respectivement au niveau des sections S1 et S2. L’aire de la section S2 est donc notablement plus petite que l’aire de la section S1, et la vitesse du fluide dans la section S2 est dont plus importante que la vitesse du fluide dans la section S2. De préférence, il convient de faire en sorte que l’évolution du produit E x h qui est un des paramètres importants déterminant la vitesse de propagation de l’onde progressive qui déforme la membrane évolue suffisamment rapidement pour que la vitesse de propagation soit toujours inférieure à la vitesse moyenne du fluide voire augmente plus vite que la vitesse du fluide au fur et à mesure que l’on s’approche du centre de la chambre de propulsion. Si cette condition est respectée, la membrane transmet son énergie mécanique au fluide sur toute la longueur de propagation de l’onde le long de la membrane c’est-à-dire sur tout le rayon actif de la membrane. Selon maintenant le mode de réalisation référencé par la figure 2B, la membrane 11 est maintenant constituée de deux matériaux : une âme 12 en matériau de haut module élastique E1, dont l’épaisseur h1 est constante ou diminue comme illustré depuis le bord amont 13 vers le bord aval 14, et un habillage 15 qui ici s’étend de part et d’autre de l’âme 12, et réalisé en matériau de faible module élastique E2 dont l’épaisseur 2 x h2 diminue du bord amont 13 vers le bord aval 14. L’ensemble est constitué de sorte que la quantité E1x h1 + E2 x 2 x h2 diminue du bord amont 13 vers le bord aval 14 de façon suffisante pour conférer à l’onde progressive qui déforme la membrane une vitesse de propagation qui augmente plus vite que la diminution de section utile de passage du fluide. Comme on l’aura compris, les modes de réalisation décrits jusqu’ici sont relatifs à des membranes de révolution dont les caractéristiques mécaniques sont constantes le long d’un cercle centré sur l’axe central Z, bien qu’évoluant radialement depuis le bord amont vers le bord aval. On peut néanmoins, tout en restant dans le cadre de l’invention, prévoir des membranes dont les caractéristiques mécaniques évoluent radialement, mais peuvent ne pas être constantes le long d’un cercle. Dans le mode de réalisation de la , la membrane 61 comporte une âme pourvue de nervures 65 s’étendant radialement depuis le bord amont 63 vers le bord aval 64 de la membrane 61 jusqu’à la partie médiane de la membrane 61 entre lesdits bords 63, 64. Les nervures 65 ont une hauteur décroissante de telle manière que les nervures 65 ont une hauteur maximale à proximité du bord amont 63 et une hauteur nulle dans la partie médiane. L’âme 62 est réalisée en un matériau relativement souple que les nervures 65 rigidifient progressivement à proximité du bord amont 63. L’âme 62 peut éventuellement être surmontée d’un habillage de manière que la membrane présente des faces planes. En particulier, bien que l’invention ait été décrite en relation avec des membranes discoïdales, il est évident que l’invention s’applique également à des membranes en forme de lame polygonales ou des membranes tubulaires. On remarquera que dans les pompes utilisant ce type de membrane, la section utile de passage du fluide dans la chambre de propulsion, ne diminue qu’en raison du rapprochement des deux flasques et de l’épaississement éventuel de la membrane, dont beaucoup moins vite que dans des pompes à membrane discoïdales telles que celles qui ont été décrites ici. La variation de vitesse entre l’entrée et la sortie de la chambre de propulsion est donc moins importante. De la sorte, l’évolution des caractéristiques mécaniques de la membrane pour faire en sorte que la vitesse de propagation de l’onde de la membrane dans toute section transversale au déplacement du fluide à l’intérieur de la chambre de propulsion soit égale ou supérieure à la vitesse de déplacement du fluide dans cette même section est moins rapide et donc plus facile à réaliser. En variante, le module d’élasticité E de la membrane peut évoluer moins vite que ne diminue l’épaisseur de la membrane, les performances de la pompe étant toutefois en retrait par rapport au mode de réalisation décrit. En variante, la membrane peut être en un seul matériau traité localement pour obtenir une évolution du module d’élasticité (le traitement peut être une déformation à chaud, un bombardement de particules, un dopage local…). Dispositif générateur de flux fluidique (100) ou récupérateur d’énergie d’un flux fluidique agencé pour déplacer un fluide selon une direction de déplacement (D), le dispositif comprenant : - un bâti, - au moins une membrane (1, 11, 61) agencée pour mettre en mouvement le fluide, ou être mise en mouvement par le fluide, présentant un bord amont (3, 13, 63) et un bord aval (4, 14, 64), - au moins un actionneur mettant en mouvement l’au moins une membrane ou étant actionné par le mouvement de l’au moins une membrane, caractérisé en ce que la matière de l’au moins une membrane présente un module élastique diminuant depuis le bord amont vers le bord aval. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel le produit du module élastique de la matière de l’au moins une membrane par l’épaisseur (h) de l’au moins une membrane diminue depuis le bord amont vers le bord aval. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, comprenant en outre une âme (12) en matériau de haut module élastique (E1), et ayant une épaisseur (h1), et un habillage (15) qui recouvre l’âme et qui sur au moins un côté de l’âme 12 est réalisé en matériau de faible module élastique (E2) et a une épaisseur (h2) , de sorte que la somme du produit du module élastique (E1) par l’épaisseur (h1) de l’âme et du produit du module élastique (E2) par l’épaisseur (h2) de l’habillage diminue depuis le bord amont vers le bord aval. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le bord amont de l’au moins une membrane comprend des nervures (65) en surépaisseur sur l’au moins une membrane. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel les nervures (65) présentent une hauteur décroissante depuis le bord amont vers le bord aval de l’au moins une membrane. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’au moins une membrane présente une forme polygonale, de préférence rectangulaire, ou triangulaire, ou trapézoïdale, ou hexagonale. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel l’au moins une membrane présente une forme discoïdale. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel l’au moins une membrane présente une forme tubulaire. Pompe comprenant un dispositif générateur de flux fluidique selon l’une des revendications précédentes. Compresseur comprenant un dispositif générateur de flux fluidique selon l’une des revendications 1 à 8. Ventilateur comprenant un dispositif générateur de flux fluidique selon l’une des revendications 1 à 8. Propulseur hydraulique pour propulsion d’un engin nautique comprenant un dispositif générateur de flux fluidique selon l’une des revendications 1 à 8.