Brevet FR3144969A1 — publié le 20240719

L’invention concerne un dispositif de conversion d’énergie mécanique rotative en énergie mécanique longitudinale ou inversement, comportant des roues ou engrenages entraînant une courroie ou chaîne décrivant une boucle de rayons inégaux de telle sorte que la trajectoire de la courroie est aplatie en une forme ovale presque rectangulaire, sur la courroie sont fixées mécaniquement des palettes assurant la pression sur un fluide liquide ou gazeux. Pour améliorer l’efficacité de la conversion d’énergie mécanique rotative en énergie longitudinale ou inversement, d’un système de propulsion ou de génération électrique conforme à l’invention, un tel système comporte un dispositif de contrôle et de modification des angles formés par chaque palette avec la courroie lors de la révolution desdites palettes entraînée par ladite courroie. L’invention concerne par ailleurs un type d’embarcation nautique associé, embarcation automotrice, dont l’énergie de mise en mouvement est soit musculaire, soit motorisée soit hybride. dispositif de propulsion, procédé d’orientation des palettes, et embarcations nautiques associées L'invention concerne le domaine des dispositifs rotatifs de conversion d’énergie. De tels dispositifs rotatifs sont utilisés pour tous types d’usage et préférentiellement mais non limitativement, en application avec des générateurs d’énergie électrique, tels que, par exemple, des hydroliennes ou encore en application avec des actionneurs rotatifs à propulsion musculaire, électrique, thermiques, à air comprimé ou hybride, tels que, par exemple, des pédaliers ou des moteurs, ou plus généralement en application avec des embarcations nautiques. Dans la suite du document, l’invention sera décrite, préférentiellement mais non limitativement, en application avec une embarcation nautique à propulsion électrique ou musculaire à assistance électrique. L’invention ne saurait toutefois être limitée à ce seul exemple d’application et pourrait en lieu et place être employée en lien avec des propulseurs d’étrave, tout système de propulsion nautique de surface ou sous-marine, tout système de conversion d’énergie fluide longitudinale en énergie mécanique rotative, par exemple en vue de générer une énergie électrique à partir du courant d’un fleuve. Généralement les embarcations nautiques dont le moyen de propulsion est entraîné par un moteur utilisent une hélice pour transformer l’énergie rotative du moteur en énergie mécanique de propulsion en vue d’un déplacement longitudinal. Les hélices les plus répandues n’offrent qu’une faible surface avec l’eau pour y prendre appui afin de générer la propulsion. Cette faiblesse de surface des hélices est compensée par une vitesse de rotation élevée, générant une différence de pression de l’eau en amont et en aval de ladite hélice. La vitesse de rotation élevée entraîne des nuisances pour l’environnement aquatique et son écosystème. Un autre système de propulsion mécanique alternatif à l’hélice, consiste à entraîner une ou plusieurs roues à aubes. Les axes de rotation desdites roues sont placés avantageusement, et permettent ainsi la propulsion de l’embarcation par l’entraînement de la rotation des roues, généralement par un moteur. Les roues à aubes convertissent une énergie rotative en une énergie longitudinale appliquée sur l’eau par les aubes, placées à la tangente de ladite roue. Dans la suite du document, la surface des aubes ou de dispositifs similaires assurant la pression sur l’eau seront nommés « palettes ». Les roues à aubes présentent certains inconvénients en matière d’efficacité énergétique. A titre d’exemple non limitatif, les palettes n’exercent leur pression sur l’eau dans la direction la plus avantageuse pour générer le mouvement souhaité, uniquement en un point de leur cycle de rotation lorsque la tangente est parallèle à la direction de l’embarcation, et généralement à la surface de l’eau. En tout autre point de leur cycle de rotation, les palettes exercent une pression en partie verticale, dissipant ainsi une partie de l’énergie dans une direction qui ne sert pas à la propulsion, voir qui y nuit. Face à cet inconvénient, une amélioration de la propulsion par roue à aubes consiste à entraîner un dispositif rotatif n’ayant pas la forme d’un cercle régulier comme une roue classique, mais présentant une forme d’ovale ou plus généralement une forme aplatie telle qu’elle maximise lors de sa rotation les tangentes parallèles à la surface de l’eau. Un tel système de propulsion mécanique, qui reprend certaines caractéristiques des chenilles d’un tank, présente donc une très haute efficacité énergétique pour ce qui est de la conversion d’une énergie rotative en énergie longitudinale en vue de la propulsion et du déplacement d’une embarcation nautique. Dans la suite du document, un tel dispositif de propulsion rotatif sera nommé « chenille ». S’il améliore l’efficacité énergétique pour ce qui est de la conversion d’une énergie rotative en énergie de propulsion horizontale, un tel système de chenille ne résout pas les pertes énergétiques inhérentes aux roues à aubes. En effet un des inconvénients des roues à aubes est que leur cycle de rotation des aubes comporte des phases défavorables à la propulsion. A savoir les phases du cycle ou les palettes se meuvent d’une part dans la direction la plus favorable à la propulsion mais en sens opposé, générant une forte résistance à l’eau ou à l’air, et d’autre part les phases du cycle ou les palettes se meuvent principalement verticalement, créant une pression perpendiculaire à la direction de la pression favorable à la propulsion. Dans la suite du document, les phases du cycle des palettes seront respectivement nommées comme suit : La phase pendant laquelle la palette exerce une pression la plus favorable à la propulsion sera nommée « phase d’appui » ou « phase de propulsion » La phase pendant laquelle la palette se meut dans le sens opposé à la phase de propulsion sera nommée « phase de retour » La phase pendant laquelle la palette se meut principalement verticalement dans le sens du haut vers le bas sera nommée « phase d’entrée » La phase pendant laquelle la palette se meut principalement verticalement dans le sens du bas vers le haut sera nommée « phase de sortie » L’invention permet de répondre à tout ou partie des inconvénients soulevés par les solutions connues. Parmi les nombreux avantages apportés par l’invention, nous pouvons mentionner que celle-ci permet : De proposer un dispositif de conversion d’énergie mécanique rotative en énergie longitudinale, permettant la propulsion d’embarcations nautiques. De proposer un dispositif de conversion d’énergie longitudinale notamment fluide ou gazeux en énergie rotative, permettant entre autre la génération hydroélectrique ou éolienne. Pour ces deux applications, une efficacité de conversion énergétique maximisée grâce à la réduction des pertes énergétiques lors des phases de retour, d’entrée, et de sortie des palettes. De rendre ainsi possible l’utilisation de palettes de larges dimensions ce qui augmente la surface de pression sur l’eau du système de propulsion. Cette surface accrue maximise la pression sur l’eau, et donc une même propulsion est atteinte avec une vitesse rotative moindre. Cette très faible vitesse de rotation est respectueuse de l’environnement aquatique et de son écosystème. De proposer une embarcation nautique flottante avec un système de propulsion dont les composantes horizontales et verticales peuvent être réglées par le contrôle de l’angle des palettes. Ces composantes horizontales et verticales servent respectivement à la propulsion proprement dite dans le sens du mouvement, et à l’élévation de l’embarcation afin de réduire ses surfaces de résistance à l’eau. De proposer un système de propulsion dont les vitesses de rotation sont compatibles avec des actionneurs rotatifs à propulsion musculaire, électriques, à air comprimé, et hybrides entre ces types d’actionneurs. Selon un premier objet, l’invention concerne un système de propulsion d’embarcation nautique, totalement ou partiellement immergé. Il est notamment prévu qu’un (ou plusieurs) caisson flottant équipé d’un dispositif rotatif entraînant une courroie ou chaîne sur laquelle sont fixées des palettes à l’extérieur dudit caisson. Les palettes sont fixées à la courroie à une seule de leur extrémité verticale, et montées mobile par le biais d’un axe de fixation de manière à permettre une rotation de l’angle entre la palette et la courroie. De manière avantageuse mais non limitative, l’inclinaison des palettes par rapport à la courroie peut être contrôlée et modifiée afin notamment que la palette présente une large surface de pression horizontale lorsque la palette est en phase de propulsion, une faible surface de résistance au vent relatif ou à l’eau lorsque la palette se déplace dans le sens défavorable à la propulsion (« retour »), et une faible surface de pression verticale lorsque la palette se déplace principalement selon un axe vertical (phases d’entrée et de sortie). Selon un mode de réalisation préféré mais non limitatif, afin de contrôler l’inclinaison des palettes sans recours à un système motorisé, l’extrémité verticale des palettes qui n’est pas fixée à la courroie peut en outre être guidée mécaniquement par la forme même du caisson flottant dont la surface émergée reste proche de la courroie sur la phase aérienne, et s’en éloigne sur les phases d’entrée et de sortie. En variante ou en complément, préférentiellement mais non limitativement, les moyens de contrôle de l’inclinaison des palettes (relative à la courroie, et qui varie au cours du cycle de rotation sur la chenille), peuvent consister en un mécanisme de cales d’angle dont la disposition bloque l’angle d’inclinaison des palettes ou libère cet angle en fonction de la phase dans laquelle la palette se trouve. Ces cales peuvent être actionnées en position angle bloqué / angle libre par des dispositifs mécaniques disposés en au moins 2 points fixes le long de la trajectoire de la palette et qui exercent une pression sur la cale d’angle qui alors passe de l’état angle bloqué à l’état angle libéré, ou de l’état angle libre à l’état angle bloqué. En variante ou en complément, préférentiellement mais non limitativement, les moyens de contrôle de l’inclinaison des palettes peuvent consister en la disposition avantageuse d’actionneurs électriques exerçant une rotation de l’angle des palettes, ou exerçant le blocage et la libération de l’angle desdites palettes. Cette variante présente l'avantage majeure de permettre la gestion fine et évolutive de l'angle d'inclinaison des palettes. En effet, l'inclinaison des palettes optimale pour la propulsion et l'efficacité énergétique n'est pas la même en fonction de la vitesse de l'embarcation et de sa charge. Pour optimiser les performances, l'unité de contrôle de l'orientation des palettes applique à tout instant l'angle optimal en fonction des données (vitesses, consommation, flotaison) collectées en temps réel, grâce à un modèle construit sur les données passées (par apprentissage automatique). Selon un deuxième objet, l’invention concerne une embarcation nautique. Préférentiellement mais non limitativement, une telle embarcation comporte au moins un système de propulsion conforme au premier objet de l’invention. Préférentiellement mais non limitativement, la rotation de la courroie du système de propulsion conforme au premier objet de l’invention peut être entraînée selon une liaison mécanique adaptée, à un dispositif rotatif motorisé, incluant notamment un moteur et un système de stockage d’énergie, par exemple un moteur électrique et des batteries. Selon un mode de réalisation préféré mais non limitatif, le dispositif rotatif motorisé ainsi que le dispositif de stockage d’énergie sont électriques et peuvent être avantageusement logés dans le caisson flottant. En variante ou en complément, préférentiellement mais non limitativement, la rotation de la courroie du système de propulsion conforme au premier objet de l’invention peut être entraînée selon une liaison mécanique adaptée, à un dispositif rotatif entraîné par énergie musculaire, tel que, par exemple, un pédalier, dont la rotation peut en outre être assistée par un dispositif de rotation motorisé, incluant notamment un moteur, un système de stockage d’énergie, un dispositif de captation de l’énergie exercée musculairement, et un dispositif de contrôle de l’intensité de l’assistance rotative motorisée en fonction de ladite pression musculaire captée. Selon un mode de réalisation préféré mais non limitatif, le dispositif rotatif actionné par énergie musculaire peut être un pédalier avantageusement placé à la surface du caisson flottant, et le dispositif rotatif motorisé un moteur électrique et des batteries. Selon un troisième objet, l’invention concerne une embarcation nautique automotrice. Préférentiellement mais non limitativement, une telle embarcation comporte au moins un système de propulsion et son ou ses dispositifs d’entraînement conforme au deuxième objet de l’invention. Préférentiellement mais non limitativement, une telle embarcation nautique peut en outre comporter : Deux caissons/chenilles conformes au deuxième objet de l’invention Une plateforme centrale disposée entre les deux caissons/chenilles et agencée pour accueillir des passagers et/ou des marchandises. Un poste de pilotage disposé sur la plateforme et offrant une visibilité pour assurer la conduite et les manœuvres en toute sécurité Le dispositif de contrôle des vitesses de rotation des chenilles gère chaque vitesse de courroie de manière différenciée de sorte que la différence de vitesses relatives entre les chenilles participe à la direction de l’embarcation L’interface de commande peut avantageusement être constitué d’un poste de pilotage avec pédalier dont les vitesses de rotation pied gauche, pied droit sont dissociables. La pression exercée par le pilote avec son pied gauche entraîne la chenille gauche, et active son assistance électrique proportionnellement. Idem avec le pied droit et la chenille droite. Après une courte phase d’adaptation, ceci permet au pilote une conduite intuitive en avant comme en arrière Un gouvernail peut avantageusement compléter le dispositif de pilotage En variante ou en complément, préférentiellement mais non limitativement, une telle embarcation nautique peut être conçue pour mouvoir des barges non motorisées. L’embarcation peut alors en outre comporter au moins deux systèmes de propulsion et leurs dispositifs d’entraînement conformes au deuxième objet de l’invention, disposés parallèlement entre eux et suffisamment espacés afin de loger dans leur interstice, la barge à mouvoir, embrassée dans sa largeur. Selon un mode de réalisation préféré mais non limitatif, les deux dispositifs conformes au deuxième objet de l’invention et qui composent l’embarcation peuvent être reliés entre eux par une ou plusieurs liaisons mécaniques adaptées, tel que, par exemple, une plateforme ou des bras métalliques articulés et amovibles. Le poste de pilotage et le stockage de l’énergie peut être disposé avantageusement sur la plateforme. La représentation spatiale des dispositifs et leurs avantages apparaîtront plus clairement à l'examen des figures parmi lesquels : Illustration d’un mode de réalisation d’une embarcation mue par 2 systèmes de propulsion, et d’énergie hybride musculaire/motorisée. Dispositif rotatif comportant une courroie et au moins deux roues d’entraînement, ladite courroie ou chaîne suit une trajectoire oblongue ou pratiquement rectangulaire horizontale, encerclant les roues ou engrenages. La courroie peut être mise en mouvement par l’entraînement rotatif d’une au moins de ses roues. Sur la courroie ou la chaîne sont fixées une ou plusieurs palettes se mouvant en périphérie de la trajectoire de la courroie lorsque ladite courroie tourne, ou à l’inverse c’est un flux liquide ou gazeux qui exerce une pression sur les palettes et met alors en mouvement la courroie qui entraîne la rotation des roues. Système de propulsion et/ou de génération électrique, comportant un caisson totalement ou partiellement immergeable, ledit système de propulsion étant caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif rotatif conforme à la revendication précédente, les roues dudit dispositif rotatif étant solidaire dudit caisson par une liaison mécanique adaptée. Système de propulsion et/ou de génération électrique, comportant un ou plusieurs dispositifs mécaniques qui entraîne une modification des angles formés entre chaque palette et la courroie, ledit système de propulsion étant caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif rotatif conforme à la revendication précédente. Ladite modification des angles en plusieurs points de la révolution de chaque palette en périphérie du caisson, permet soit de maintenir un angle déterminé, soit de laisser l’angle libre. Le déclenchement d’un angle déterminé ou libre est assuré mécaniquement lors du passage du système de fixation de la palette à la courroie, en au moins deux points de la trajectoire de ladite courroie, par une pression exercée sur la palette elle-même ou sur son système de fixation, due à la forme du caisson ou de dispositif mécaniquement solidaire au caisson, en ces points. Système de propulsion et/ou de génération électrique, comportant un système de contrôle électronique et un ou plusieurs actionneurs électriques qui entraînent une modification des angles formés entre chaque palette et la courroie, ledit système de propulsion étant caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif rotatif conforme à la revendication 2 ou 3. Ladite modification des angles de chaque palette au cours de sa révolution entraînée par la courroie en périphérie du caisson, permet soit de maintenir un angle déterminé et contrôlable, soit de laisser l’angle libre. Le système de contrôle électronique permet de programmer des angles différents ou libres selon la position de la palette sur sa trajectoire. Système de propulsion et/ou de génération électrique selon la revendication précédente, comportant en outre un logiciel de contrôle des angles des palettes par le biais du système de contrôle électronique et des actionneurs électriques. Le logiciel intègre plusieurs variables issues typiquement mais non limitativement de capteurs de vitesse, de position, d’immersion, et de pression, et adapte les angles des palettes en fonction des performances observées, ce type de logiciel rentrant dans la catégorie des algorithmes connus sous la terminologie et l’abréviation anglo-saxonne « Machine Learning – ML ». Système de propulsion comprenant un dispositif rotatif à entraînement musculaire, ledit système de propulsion étant caractérisé en ce qu’il comporte au moins un système de propulsion conforme à l’une quelconque des revendications 2, 3, 4, ou 5, le dispositif rotatif dudit système de propulsion coopérant solidairement selon une liaison mécanique adaptée audit dispositif rotatif à entraînement musculaire. Système de propulsion comprenant un moteur, ledit système de propulsion étant caractérisé en ce qu’il comporte au moins un système de propulsion conforme à l’une quelconque des revendications 2, 3, 4, ou 5, le dispositif rotatif dudit système de propulsion coopérant solidairement selon une liaison mécanique adaptée audit moteur. Système de propulsion hybride comprenant un moteur, ledit système de propulsion étant caractérisé en ce qu’il comporte un système de propulsion conforme à la revendication 6, le dispositif rotatif dudit système de propulsion coopérant avec une solidarité adaptative selon une liaison mécanique adaptée audit moteur. La coopération de l’assistance motorisée à l’énergie rotative entraînée musculairement est assurée par un système de contrôle électronique connecté à un dispositif de capteur de l’énergie fournie musculairement. Embarcation nautique, caractérisée en ce qu’elle comporte au moins un système de propulsion conforme à l’une quelconque des revendications 2, 3, 4, 5, 6, 7, ou 8. Embarcation nautique, selon la revendication précédente comportant en outre : Deux systèmes de propulsion conformes à la revendication 8, lesdits systèmes étant disposés parallèles entre eux et espacés. Une plateforme centrale disposée entre les deux systèmes de propulsion et agencée pour accueillir des passagers et/ou des marchandises, et mécaniquement attachée aux systèmes de propulsion par des liaisons mécaniques adaptées. Un poste de pilotage disposé sur la plateforme et offrant une visibilité pour la conduite et les manœuvres en sécurité. Un dispositif de contrôle des vitesses de rotation des courroies de chaque système de propulsion de manière différenciée de sorte que la différence de vitesses relative entre les systèmes de propulsion droit et gauche participe au contrôle de la direction de l’embarcation L’interface de commande est constituée d’un poste de pilotage avec pédalier dont les vitesses de rotation pied gauche, pied droit sont dissociables. La pression exercée par le pilote avec son pied gauche entraîne la courroie du système de propulsion gauche, ladite pression est captée par le dispositif de mesure de pression et transmise à l’unité de contrôle du moteur électrique, celui-ci active l’assistance électrique avec une intensité proportionnelle à la force musculaire appliquée. Il en va de même avec le pied droit et le système de propulsion droit. Après une courte phase d’adaptation, le pilote manœuvre l’embarcation de manière intuitive en avant comme en arrière