FR 3151833 A1 20250207 FR 2408630 A 20240803 L’invention concerne un dispositif de propulsion vélique utilisant des voilures rotatives multi-rotors, adaptable sur un navire en transformation / rénovation et en construction neuve, permettant de réduire les émissions de gaz à effet de serre dudit navire de l’ordre de 50 %. FIG. 9 . Dispositif de propulsion vélique multi-rotors pour un navire L’invention appartient au domaine de la propulsion marine, plus particulièrement au domaine de la propulsion vélique, en propulsion principale ou en assistance. L’invention est adaptable à un navire existant ou est intégrée au navire lors de sa construction, ou de manière incrémentale dans le but de diminuer sa consommation de carburant fossile. 90 % du commerce mondial passe par des navires, propulsés par des carburants fossiles et qui sont responsables d'environ 3 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre. Environ 7 % du pétrole mondial, et ainsi utilisé aujourd'hui à propulser ces navires. Les régulations internationales visent une réduction des émissions de par tonne.kilomètre d’au moins 40 % en 2030, 70 % en 2040 et proches de 100 % en 2050 par rapport à la référence de l’année 2008. Cependant la consommation énergétique totale du transport maritime, près de 3000 TWh par an, est telle, que les solutions basées sur des carburants bas carbone tels que les agrocarburants ou carburants de synthèse doivent s’accompagner de mesures de réduction de la consommation énergétique des navires. L’utilisation de la propulsion vélique est une solution envisagée et en cours de développement, toutefois celle-ci se heurte à plusieurs difficultés. Tout d’abord les tonnages, les navires concernés ont des emports plusieurs centaines de fois plus importants que les plus grands voiliers construits dans le passé. Les contraintes logistiques : les navires doivent livrer leurs marchandises dans des délais prévisibles qui s’accommodent mal des aléas du vent. Aussi, les solutions retenues à ce jour, consistent plutôt à utiliser les moyens de propulsion vélique comme des moyens d’assistance à la propulsion, le navire conservant des moyens moteurs. Les systèmes de propulsion vélique déployés à ce jour comprennent essentiellement : des « kites », des voiles rigides, des voiles déployables (classiquement ou par gonflage), des profils épais aspirés et des rotors Flettner utilisant l’effet Magnus. Ces systèmes permettent de réduire la consommation des navires mais présentent aussi des contraintes techniques et opérationnelles: ils nécessitent des surfaces importantes pour produire une force propulsive, ils peuvent nécessiter de nombreux mats qui rendent difficiles les opérations portuaires, mâts peuvent limiter la visibilité, peuvent poser des difficultés d’accès dans certains ports et zones de navigation, à cause du passage sous des ponts, ils peuvent nécessiter des opérations de maintenance et de remplacement de pièces soumises à des usures importantes, et ils ne permettent pas d’apporter des gains pour des faibles angles de vent apparent et en particulier face au vent. Lorsqu’ils ne sont pas affalables ou escamotables, ils peuvent constituer une traînée aérodynamique additionnelle significative et entraîner dans ces conditions une consommation supplémentaire, le navire étant alors propulsé au moteur. Certains systèmes comme les rotors Flettner ou les profils épais aspirés nécessitent de l’énergie pour fonctionner, dans la majorité des conditions de fonctionnement, limitant leur rendement global. Ainsi, ces systèmes de propulsion vélique de l’art antérieur, utilisés sur des navires de transport de taille significative, s’ils ont une efficacité certaine dans des conditions de vent favorables (pouvant être obtenues sur certaines routes maritimes et/ou en réduisant la vitesse d’opération des navires), permettent difficilement d’économiser plus de 30 % de la consommation du navire en conservant ses vitesses d’opération acceptables et sur une large variété de routes. Pour résoudre les inconvénients de l’art antérieur et atteindre une réduction des émissions supérieure dans des conditions de vent plus étendues et d’opération plus large, un navire comprend comprenant un dispositif de propulsion vélique comprenant un mât s’étendant selon une direction verticale depuis un pont du navire, une pluralité de rotors portée par le mât, chaque rotor de la pluralité comprenant une voilure rotative, consistant en deux pales, apte à tourner autour d’un axe de rotation sécant à la direction verticale, les axes de rotation des voilures rotatives étant compris dans des plans parallèles et superposés selon la direction verticale, un dispositif d’orientation des axes de rotations des voilures rotatives autour de la direction verticale, dans lequel pour chaque voilure rotative de la pluralité de rotors, une première voilure rotative dont des extrémités des pales décrivent une trajectoire d’un diamètre d1, immédiatement superposée avec une deuxième voilure rotative dont des extrémités des pales décrivent une trajectoire de diamètre d2 avec d2 ≥ d1 , un écart minimum entre les extrémités des pales de la première voilure rotative et les extrémités des pales de la deuxième voilure rotative est inférieur ou égale à 0,05.d1. Ainsi, ce dispositif de propulsion vélique permet dans un encombrement latéral réduit de disposer d’une surface de voilure et par suite d’une poussée vélique, plus importante que les solutions connues de l’art antérieur avec, notamment, un impact moindre sur l’obstruction de la visibilité. Ces caractéristiques permettent à ce dispositif de produire une assistance à la propulsion, voire de produire la totalité de la propulsion, dans des conditions de vent beaucoup plus variées que les systèmes de l’art antérieur, notamment mais pas exclusivement pour de faibles angles de vent apparent et même face au vent. La traînée aérodynamique de ce dispositif peut être fortement réduite lorsque le dispositif n’est pas utilisé. Le navire et son dispositif de propulsion vélique peut être mise en œuvre selon les modes de réalisation et les variantes exposés ci-après lesquels sont à considérer individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante. Selon un exemple de réalisation le navire comprend en outre un générateur électrique apte à transformer une puissance mécanique de rotation des voilures rotatives en puissance électrique. Selon cet exemple de réalisation, les pales des voilures rotatives on un profil aérodynamique dissymétrique vrillé sur une longueur d’une pale Selon un exemple de réalisation, compatible avec le précédent, le navire comprend un dispositif d’entraînement des pales des voilures rotatives pour les faire fonctionner en aéro-propulseurs. Selon cet exemple de réalisation, les pales des voilures rotatives ont un profil dynamique symétrique. Quelque soit le mode de réalisation, le navire peut comprendre un dispositif d’ajustement d’un pas des pales des voilures rotatives. Le mât peut comprendre un carénage aérodynamique. Le mât peut comprendre une section télescopique. Les axes de rotations des voilures rotatives des rotors de la pluralité peuvent être orientables individuellement autour de la direction verticale. Le navire peut comprendre deux mâts ou plus portant chacun une pluralité de rotors. Avantageusement, le navire comprend une batterie électrique et le dispositif de propulsion vélique comprend un générateur électrique entraîné par la voilure rotative. Selon un mode de réalisation le dispositif de propulsion vélique comprend une Brève description des dessins L’invention est mise en œuvre selon les modes de réalisation, nullement limitatifs et exposés ci-après en référence à à dans lesquelles : Fig.1 représente selon une vue schématique en coupe un navire pourvu d’un dispositif de propulsion vélique en situation de navigation par vent arrière ; Fig.2 représente selon une vue schématique en coupe un navire pourvu d’un dispositif de propulsion vélique en situation de navigation par vent debout ; Fig.3 est un exemple d’organigramme représentant un procédé de sélection d’un dispositif de propulsion vélique pour un navire ; Fig.4 montre selon une vue de profil un navire de type cargo pour vu d’un exemple de dispositif de propulsion vélique, avec une vue agrandie d‘une section rabattue d’un profil de pale du dispositif de propulsion vélique ; Fig.5 montre selon une vue de profil un navire de type pétrolier, pourvu d’un exemple de dispositif de propulsion vélique Fig.6 est une vue de profil schématique en coupe longitudinale d’un exemple de réalisation dl un dispositif de propulsion vélique dans lequel un générateur électrique est placé à l’intérieur du mât ; Fig.7 est une vue de dessus du cargo de dans lequel les mâts du dispositif de propulsion vélique sont affalés sur le point ; Fig.8 est un schéma de principe en vue de face montrant l’équivalence en termes de poussée vélique d’un rotor unique et d’une pluralité de rotors ; Fig.9 est un exemple de réalisation, selon une vue de face en perspective, d’un dispositif de propulsion vélique comprenant des mâts à rotors multiples ; Fig.10 montre le navire de dont les mâts sont rétractés ; Fig.11 montre schématiquement l’utilisation de la puissance générée par le dispositif de propulsion motorisé Fig.12 , , , et montrent schématiquement en vue de dessus des configurations du dispositif de propulsion vélique en fonction de la direction du vent ; Fig.13 montre selon une vue de dessus le navire de avec les rotors orientés par rapport à la direction longitudinale du navire ; Fig.14 , et montrent schématiquement en vue de dessus des configurations du dispositif de propulsion vélique comprenant 2 mâts, en fonction de la direction du vent ; Fig.15 montre selon des vues partielles en perspective, un exemple de réalisation d’une voilure rotative comprenant plus de deux pales en position de fonctionnement et en position escamotées ; Fig.16 est un diagramme montrant différents modes de fonctionnement d’un navire pourvu d’un système dit complet. Par commodité, , , à et à représente un navire comprenant un seul rotor par mât. Les dispositions et paramètres représentés sur ces figures s’étendent au cas d’une pluralité de rotor par mât. Définitions Navire désigne une embarcation de grande taille destinée à la navigation. Ainsi, l’utilisation usuelle d’un navire consiste à se déplacer de sorte à couvrir une distance dans un temps prévisible et/ou à une vitesse contrôlée, afin, notamment, de transporter une cargaison ou des passagers, ou d’effectuer des opérations spécifiques au cours de ce déplacement telles que la pêche, l’exploration ou encore la pose de câbles sous-marins sans que ces exemples ne soient limitatifs, et ceci quelles que soient les conditions de vent. Direction verticale est perpendiculaire au plan de flottaison du navire. Poussée vélique définit une poussée mécanique générée par une voilure rotative soumise à un vent perpendiculairement à son axe indépendamment de la production d’un couple moteur ou de la production d’électricité. Cette poussée mécanique existe lorsque la voilure rotative est libre de tourner autour de son axe de rotation, elle existe également lorsque la voilure rotative, soumise au vent produit un couple moteur et fonctionne en aérogénérateur. Aéro-propulseur désigne un mode de fonctionnement où la voilure rotative est entraînée en rotation par des moyens moteurs et se comporte comme une hélice d’avion. Vent réel est le vent tel qu’il souffle caractérisé par un vecteur dont la direction est celle du vent et la norme sa vitesse. Vent apparent est la somme vectorielle du vent réel et de la vitesse d’avance du navire, représentée par un vecteur dont la direction est celle du navire et la norme la vitesse du navire, c’est en quelque sorte le vent ressenti sur le pont du navire. La traînée, qu’elle soit hydrodynamique ou aérodynamique est une force qui s’oppose au déplacement du navire. La force propulsive est la projection sur la direction de déplacement du navire de la résultante des poussées produites par les moyens de propulsion du navire et des traînées. Bien que le dispositif de propulsion vélique décrit puissse, dans certaines conditions spécifiques, pourvoir à 100 % des besoins de propulsion d’un navire, dans le cadre de la transformation / rénovation d’un navire existant, déjà pourvu de moyens de propulsion, généralement par un moteur à combustion interne, l’objectif est de fournir des moyens auxiliaires d’assistance à la propulsion permettant de réduire la consommation globale d’au moins 30 %, préférentiellement d’au moins 50 %. Ainsi, d’une manière générale, le dispositif de propulsion vélique peut êrre destiné à fonctionner de concert avec des moyens de propulsion déjà existant sur le navire, dans le but d’en réduire leur consommation. selon un exemple schématique de réalisation un navire (100) mettant en œuvre un dispositif de propulsion vélique pourvu d’une voilure rotative, comprend une coque à déplacement (10) portant des moyens de propulsion motorisés, par exemple sous la forme d’un moteur à combustion interne (20) entraînant une hélice (21). Le navire est caractérisé notamment par sa traînée dans une plage de vitesses de déplacement du navire et du vent auquel il est soumis. La traînée totale du navire est composée de : – la traînée de la coque, des superstructures et des appendices ; – la traînée de ses moyens de propulsion hydrodynamiques – la traînée des dispositifs de propulsion vélique Les moyens de propulsion, qu’ils soient hydrodynamiques (hélice 21) ou vélique / aérodynamiques (115), sont susceptibles de produire majoritairement une force propulsive et/ou une traînée selon leur mode d’utilisation. Selon cet exemple simplifié, le navire comprend un dispositif de propulsion vélique (101) comprenant un mât (111) s’étendant selon une direction verticale (110) relativement à la coque, sur lequel est installée une voilure rotative (115) apte à tourner autour d’un axe (116) sécant par rapport à la direction verticale (110). Selon cet exemple schématique de réalisation, la voilure rotative est installée dans une nacelle (120) en liaison pivot autour de l’axe vertical au sommet du mât (111). La voilure rotative comprend des pales (115 1 , 115 2 ) en profil d’ailes, lesquelles peuvent être orientées par un mécanisme approprié autour d’un axe (117) sensiblement perpendiculaire à l’axe de rotation (116) de la voilure rotative de sorte à faire varier un pas de ladite voilure rotative. Selon cet exemple de réalisation la nacelle (120) comprend un générateur électrique (121), connecté à une batterie (130). Ainsi, selon cet exemple de réalisation, le dispositif de propulsion vélique se présente comme un aérogénérateur mais son utilisation diffère de celle d’un aérogénérateur. Lorsque le dispositif de propulsion vélique est soumis à un vent (190) de vitesse V 0 , celui-ci tend à faire tourner la voilure rotative produisant à la fois une puissance de rotation, proportionnelle à la surface balayée par les pales (115 1 , 115 2 ) au cours de leur rotation et à V 0 3 , ainsi qu’une poussée vélique, sensiblement perpendiculaire au plan de rotation de la voilure rotative, proportionnelle à la surface balayée par les pales et à V 0 2 . Si les pales sont laissées libres en rotation, c’est-à-dire que le générateur électrique (121) ne produit pas de couple résistant, la puissance de rotation est nulle et une force propulsive résulte de la poussée vélique. À l’inverse, si les pales sont bloquées en rotation, la puissance de rotation est également nulle et la surface exposée au vent se limite à la surface des pales. La poussée vélique est alors fonction de l’orientation des pales autour de leur axe (117). Entre ces deux cas extrêmes et notamment en fonction de l’orientation des pales autour de leur axe (117) et de l’orientation du vent apparent par rapport à l’axe de rotation (116) de la voilure rotative, la proportion de poussée vélique et de puissance de rotation, peut être réglée la poussée vélique pouvant produire une force propulsive et la puissance de rotation pouvant être utilisée, par exemple, pour produire de l’énergie électrique et alimenter la batterie La poussée vélique peut permettre de propulser le navire à une vitesse V (150) de sorte que la poussée vélique et la puissance de rotation sont en réalité proportionnelles à la vitesse du vent apparent ( V 0 -V ) (en relation vectorielle) et doivent être réglées en fonction de celui-ci. Ainsi, la poussée vélique sur la voilure rotative (115) peut être utilisée pour participer à la propulsion du navire tout en produisant de l’électricité laquelle peut être stockée dans la batterie. Selon un mode de réalisation, le plus simple, le dispositif de propulsion vélique assiste, par la poussée vélique, les moyens de propulsion motorisés réduisant leur consommation. L’énergie produite par la puissance de rotation est stockée dans la batterie et est utilisée à d’autres fins que la propulsion du navire, par exemple pour alimenter des moyens de réfrigération ou tout autre équipement à bord du navire. dans une configuration de progression du navire par vent debout (290), la voilure rotative étant orientée face au vent, le navire progresse à une vitesse (250) au moyen des moyens de propulsion motorisés. La poussée vélique sur la voilure rotative produit une traînée aérodynamique qui s’oppose au déplacement du navire. Cependant, selon un premier mode de mise en œuvre, cette traînée peut être considérablement réduite en bloquant la rotation de la voilure et en orientant les pales de manière appropriée, en termes d’orientation des pales autour de l’axe de rotation (116) de la voilure rotative, et d’orientation (pas) autour de leur axe (117). Selon un deuxième mode de mise en œuvre, le navire est pourvu d’un moyen de propulsion électrique permettant d’assister la propulsion du navire. Selon une première variante, le générateur électrique (221) entraîné par la voilure rotative peut être réversible et utilisé comme moteur pour entraîner la voilure rotative, en rotation, la voilure rotative agissant alors comme un aéro-propulseur. Le générateur / moteur (221) peut être alimenté par la batterie, laquelle a pu être chargée précédemment au moyen dudit générateur / moteur (221) fonctionnant en mode générateur et entraîné par la voilure rotative. Ainsi, selon ce mode de réalisation, la voilure rotative, utilisée comme aéro-propulseur peut permettre de générer une force propulsive et d’assister les moyens motorisés, voire de se substituer à ceux-ci pour la propulsion du navire. Selon un autre mode de réalisation, compatible avec le précédent, le navire peut être équipé de moyens de propulsion électriques (230) qui permettent d’entraîner l’hélice (21), seuls ou en combinaison avec le moteur à combustion interne (20). Dans ce cas, dans la configuration de la , vent debout, la voilure rotative peut être entraînée en rotation et produire de l’énergie électrique susceptible l’alimenter le moyen de propulsion électrique (230), via la batterie, lequel moyen de propulsion électrique assiste le moteur à combustion interne (20) dans la propulsion du navire, en réduisant par conséquent la consommation. Ainsi, ce dispositif de propulsion vélique est apte à assister la propulsion du navire quelle que soit la direction du vent, y compris par vent debout. Ce dispositif est également apte à produire et stocker de l’énergie électrique y compris lorsque le navire est au mouillage, et peut être amené dans une configuration de traînée aérodynamique minimale si nécessaire. le dispositif de propulsion vélique peut être adapté à tout type de navire existant afin d’atteindre des taux de réduction de la consommation de carburant d’au moins 30 %, de 50 %, dans des configurations simplifiées et proches de 100 % dans des configurations dites complètes, Il offre ainsi beaucoup de flexibilité d’adaptation à un navire existant en fonction de l’utilisation de ce navire et du coût envisagé pour la transformation. À cette fin selon une première étape (310) de collecte des données, les informations techniques pertinentes sur le navire sont récoltées, notamment en ce qui concerne les caractéristiques, géométriques, hydrodynamiques et aérodynamiques du navire tels que : les caractéristiques de la coque : longueur, déplacement, position du centre de gravité et du centre de carène ; les traînées hydrodynamiques et aérodynamiques en fonction de la vitesse. Ces caractéristiques permettent de construire un modèle du navire utilisable pour des simulations. Selon une étape parallèle (320) de collecte des contraintes de fonctionnement, des éléments tels que la hauteur et la largeur maximales admissibles par exemple pour le passage sous des ponts ou dans des canaux, le positionnement et l’encombrement de la cargaison ou des équipements sur le pont sont acquis. Ces informations permettent de définir l’encombrement maximum du système de propulsion vélique ainsi que les techniques d’escamotage éventuelles de celui-ci. Finalement une étape (330) d’acquisition des conditions de navigations comprend l’acquisition des vitesses de navigations visées, notamment d’au moins une vitesse de croisière de référence, des caractéristiques des moyens de motorisation ainsi que des conditions de vent dans la zone de navigation visée. Par exemple, en première approximation, la direction des vents est majoritairement ouest en Atlantique avec des vitesses comprises entre 11 m/s et 21 m/s, des données similaires sont disponibles pour toutes les zones de navigation. La plupart des navires de fret ou de passagers se déplacent à des vitesses comprises entre 5 nœuds et 20 nœuds (2,57 m/s à 10,29 m/s) Bien qu’il puisse y avoir des cas particuliers, l’installation d’un tel système de propulsion vélique sur un navire représente un coût qui doit pouvoir être amorti en exploitation, par les économies de carburant réalisées, sur une durée raisonnable. Le système de propulsion vélique peut être être adapté à différentes configurations. À partir des données de base ci-dessus, pour assurer un niveau d’assistance suffisant conduisant à une diminution des émissions de l’ordre de 50 % dans une grande plage de conditions de vent et de routes, la poussée vélique par vent arrière, la voilure rotative étant orientée perpendiculairement au vent, pour une vitesse moyenne de vent V 01 et une vitesse d’avance de référence V 1 de déplacement du navire, doit être au moins égale à une proportion de la force de traînée hydrodynamique (D H ) du navire à cette même vitesse, lorsque la vitesse V 01 du vent réel étant égale à 2,5 fois la vitesse d’avance V 1 .( V 01 =2 ,5 .V 1 ). De manière additionnelle, lorsque le navire est équipé ou est prévu pour être équipé de moyens de propulsion électriques, qu’ils soient aérodynamiques ou hydrodynamiques, la puissance électrique générée par les voilures rotatives agissant en aéro-générateurs pour une deuxième vitesse V 2 de déplacement du navire avec une vitesse moyenne de vent V 02 est proportionnelle à (V 02 ± V 2 ) 3 selon l’orientation du vent par rapport à la vitesse d’avance, les deux vitesses s’additionnant en condition de vent debout. Ces conditions conduisent à une surface minimale balayée par les voilures rotatives du dispositif de propulsion véliques qui peut être déterminée par les équations suivantes : Où A est la surface balayée par les voilures rotatives du dispositif de propulsion vélique, ρ est la masse volumique de l’air, T la poussée vélique et P la puissance de rotation, C T et C P sont des coefficients qui peuvent être obtenus par des tables, bases de données ou des calculs numériques pour les différents modes de réalisation du système de propulsion vélique. Ainsi en situation générale de navigation où les voilures rotatives peuvent être orientées autrement que perpendiculaires au vent, le fonctionnement du dispositif consiste à déterminer une orientation favorable e l’axe de rotation des pales des voilures rotative et du réglage du pas de leurs pales pour produire une force propulsive maximale. Dans le cadre d’un prédimensionnement et du choix des caractéristiques de dispositif de propulsion vélique, la poussée vélique par vent arrière est jugée constituer un paramètre dimensionnant. Comme il sera montré plus loin, la condition de navigation par vent arrière pur est en réalité peu courante en situation de navigation réelle, elle constitue seulement un cas remarquable permettant de déterminer une configuration minimale en ternes de performances du dispositif de propulsion vélique, pour un premier choix de celui-ci. La proportion est égale à 50 % (T>0,5D H ) pour les navires dont la longueur est inférieure à 150 mètres et de 30 % (T>0,3D H ) pour les navires dont la longueur est supérieure à 150 mètres. Ces limites sont théoriques et sont utilisées pour un premier dimensionnement. L’une des raisons en est que sur des navires de longueur suffisante il est possible d’installer deux mâts porteurs de rotors. De sorte qu’en dehors des points de fonctionnement particuliers, notamment par vent debout et par vent arrière, où du fait des perturbations aérodynamiques entre les rotors seuls les rotors d’un seul mât sont en pratique efficace, les niveaux d’assistance produits par le dispositif de propulsion vélique seront nettement supérieurs. Pour des petits navires de longueur inférieure à 100 mètres il peut être plus difficile d’installer 2 mâts porteurs de rotor, du fait des perturbations aérodynamiques entre les voilures rotative des deux mât, bien que, toutefois, la solution de mâts multi rotors permette d’étendre le domaine d’application de cette solution vers de plus petits navires. Pour les navires de longueur intermédiaire, entre 100 m et 150 m il est en général préférable de s’orienter vers une solution technique comprenant 2 mâts porteurs de rotors compte tenu des avantages de cette solution. Les exemples exposés ci-après montrent que ces exigences minimales sont facilement excédées, L’intégration des autres contraintes permet de sélectionner le mode de réalisation le plus approprié. Un rotor par mât Le dispositif de propulsion vélique peut comprendre un rotor par mât tel que représenté et , pour un exemple de navire cargo vraquier (400) et pour un exemple de pétrolier de classe Suez (500). ] et généralement pour un navire dont la longueur est supérieure ou égale à 150 m, voire moins, le dispositif de propulsion vélique consiste en 2 mâts porteurs de rotors (411, 412, 511, 512) et distants longitudinalement sur la coque. Les deux mâts (411, 412, 511, 512) sont implantés distants d’une distance longitudinale ( l) . De préférence cette distance est maximisée compte tenu des contraintes structurelles d’implantation et des autres contraintes spécifiques au navire. La distance totale entre les deux mâts est au moins égale à 1,5 fois le diamètre des pales de la voilure rotative ayant le plus grand diamètre, ceci afin de limiter les perturbations aérodynamiques entre les rotors, sachant qu’en fonctionnement les rotors sont généralement orientés d’un angle (1320) par rapport à la direction longitudinale (1310). Selon cet exemple de réalisation les rotors sont implantés en liaison pivot au sommet des mâts et comprennent une nacelle contenant les divers mécanismes de contrôle, notamment du pas des pales de la voilure rotative, ainsi qu’un générateur électrique mû par la voilure rotative. Avantageusement, le générateur électrique est réversible et peut être utilisé comme moteur pour entraîner la voilure rotative qui fonctionne alors en mode aéro-propulseur. Alternativement, ou de manière complémentaire, la liaison pivot peut se situer à la base du mât ou dans une section du mât proche de sa base. La section du mât (413) est avantageusement profilée pour limiter sa traînée aérodynamique. La voilure rotative consiste, pour chaque rotor, en 2 pales (415 1 , 415 2 , 515 1 ,515 2 ), dont la section (415, 416) suit un profil aérodynamique d’aile, ici représentée pleine mais qui peut être creuse. Le profil aérodynamique des pales est optimisé pour produire une poussée vélique et pour son pilotage avec le mécanisme de pas variable. Dans le cas où la voilure rotative est utilisée uniquement entraînée par le vent, la section (415) est asymétrique est les pales sont vrillées sur leur longueur. Dans le cas où la voilure rotative est également utilisée comme aéro-propulseur la section (416) des pales est préférentiellement symétrique et les pales sont préférentiellement exemptes de vrillage. Cette configuration à deux pales est importante car elle permet : de réduire l’encombrement latéral du dispositif de propulsion vélique ainsi que sa traînée aérodynamique en alignant lesdites pales avec le mât, de réduire la hauteur totale du dispositif de propulsion vélique en orientant les pales perpendiculairement au mât. Ainsi, l’alignement des pales avec le mât permet de réduire l’impact du dispositif sur la visibilité, notamment lors de manœuvres, de ne pas gêner les opérations de chargement et de déchargement par grutage ou encore de mettre les dispositifs dans une configuration où ils peuvent être affalés vers le pont du navire, par exemple pour un passage sous un pont. La surface minimale déterminée précédemment donne le diamètre minimum de la voilure rotative et par suite une première hauteur de mât. Cette surface minimale et la hauteur de mât correspondante peuvent être augmentées, augmentant l’efficacité potentielle du dispositif de propulsion vélique, tant que la stabilité du navire reste dans des limites acceptables. Les deux mâts (511, 512) peuvent être de hauteurs différentes. De même, et les 2 rotors peuvent être pourvus de voilures rotatives de diamètres différents. La stabilité du navire dépend de sa masse, de la position de son centre de gravité de son centre de carène et plus généralement des caractéristiques de la coque, en regard, principalement, de la hauteur d’application et de l’intensité de la poussée vélique et dans une moindre mesure, du déplacement du centre de gravité par l’installation des rotors. selon un exemple de réalisation le générateur électrique (621), qu’il soit de type uniquement générateur ou de type générateur / moteur, peut être placé à l’intérieur du mât (611) sur une plateforme (630) de sorte à baisser le centre de gravité du dispositif de propulsion vélique. Une connexion mécanique comprenant un joint homocinétique (625) permet l’entraînement dudit générateur électrique par la voilure rotative (615), et l’entraînement de la voilure rotative en aéro-propulseur lorsqu’il s’agit d’un générateur / moteur. Selon un mode de réalisation non représenté, le générateur ou le générateur / moteur peut être placé sur un pont du navire et être connecté à la voile rotative par une liaison mécanique ou hydraulique. Selon encore un autre mode de réalisation le générateur et le moteur d’entraînement de la voilure rotative pour son fonctionnement en aéro-propulseur sont deux entités séparées placées à des emplacements différents choisis parmi la nacelle, l’intérieur du mât ou sur un pont du navire. L’enveloppe du volume couvert par le dispositif de propulsion vélique en fonction de la direction du vent est une sphère (490), il convient de vérifier que celle-ci n’entre pas en interférence avec des structures du navire ou de sa cargaison. lors d’un passage sous un pont ou dans d’autres situations similaires, hormis la solution consistant à orienter les voilures rotatives de sorte que les pales soient perpendiculaires au mât et ainsi réduire la hauteur totale du dispositif vélique, selon un mode de réalisation, les mâts (411, 412) comprennent une section en liaison pivot autour d’un axe perpendiculaire à la direction verticale, par rapport à une section du mât fixe en liaison avec la coque. Selon des variantes, cette liaison pivot se situe à la hauteur ou proche de la base du mât et d’un pont du navire ou plus haut sur le mât. Selon des variantes de réalisation cette liaison pivot peut autoriser le pivotement de la section supérieure du mât par rapport à la section fixe d’un angle compris entre 0°et 180°. Pour un angle de 0°, le mât est vertical, les deux sections sont alignées, pour un angle à 180° les deux sections sont parallèles. Afin de réaliser ces rotations, les pales sont préalablement alignées avec le mât. Dans l’exemple présenté la liaison pivot se situe au niveau du pont et la section supérieure peut être basculée d’un angle de 90° pour affaler les dispositifs de propulsion vélique proche du pont du navire (400). À cette fin les deux mâts portant les rotors sont décalés d’une distance transversale e selon la largeur de la coque. La présence de ce décalage permet en outre de limiter l’impact de la présence du dispositif de propulsion vélique sur la visibilité et aussi de réduire les perturbations aérodynamiques entre les rotors des mâts. Mâts multirotors [Les éléments et choix constructifs présentés dans le cas d’un dispositif de propulsion vélique comprenant des mâts mono-rotor sont applicables à un dispositif de propulsion vélique comprenant des mâts multi-rotors tels que présentés ci-après, avec des avantages supplémentaires pour la solution multi-rotors. le dispositif de propulsion vélique du navire (900) comprend une pluralité de rotors, ici 5, par mât (911, 912), distribués selon la direction verticale du mât. Cette configuration permet de distribuer la poussée vélique sur la hauteur du mât et permet notamment, à poussée vélique équivalente, de moins affecter la stabilité du navire, ou pour une limite de stabilité donnée d’obtenir une poussée vélique plus importante. L’enveloppe du volume occupé par le dispositif de propulsion vélique en fonction de la direction du vent et de son orientation est, selon la configuration, un cylindre ou un ellipsoïde (690) ce qui peut également être avantageux pour certains types de navires. En effet, à surface balayée équivalente par les pales des voilures rotatives, l’encombrement latéral du dispositif multi-rotors est réduit d’un facteur correspondant approximativement aux nombres de rotors. Ainsi, comme montré plus loin, un mât comportant 4 voilures rotatives dont les extrémités des pales parcourent un cercle de 15 mètres de diamètre, produit une poussée vélique équivalente à celle d’un mât mono-rotor pourvu d’une voilure rotative de 60 mètres de diamètre. L’encombrement latéral en fonctionnement du dispositif mono-rotor est une sphère d’un diamètre de 60 mètres, l’encombrement latéral du dispositif multi-rotors est celui d’un cylindre d’un diamètre de 15 mètres. Cette configuration permet également de réduire la distance nécessaire entre les mâts vis-à-vis des perturbations aérodynamiques, comparativement à la solution à un seul rotor par mât. Ainsi, l’utilisation de mâts multi-rotors peut permettre lorsque la configuration du navire s’y prête, d’installer plus de deux mâts En première approximation, du point de vue de la poussée vélique, une pluralité N de rotors de diamètre d superposés sur un mât, à condition que les trajectoires des extrémités des pales des voilures rotatives soient jointives ou quasiment jointives, produit une poussée vélique du même ordre qu’une voilure rotative unique dont le diamètre D est la somme (N.d) des diamètres de trajectoire des extrémités des pales des voilures rotatives de la pluralité. Ainsi, 4 rotors superposés dont les voilures rotatives ont un diamètre de 15 mètres produisent une poussée vélique du même ordre que celle d’un rotor unique dont le diamètre de la voilure rotative est de 60 mètres. Alternativement, les rotors de la pluralité n’ont pas le même diamètre mais, pour bénéficier de cet effet cumulatif, les trajectoires des extrémités des pales des voilures rotatives doivent être jointives ou quasi jointives. Dans ces conditions la poussée vélique totale sur le mât multi-rotors est équivalente, dans les mêmes conditions de vente et d’orientation à celle qui serait produite sur une voile rigide de même hauteur et de même surface. , des simulations aérodynamiques montrent que le bénéfice de cet effet cumulatif des surfaces balayées par chaque voilure rotative est obtenu si une distance minimale (x) entre les extrémités des pales de deux voilures directement superposées, l’une d’un diamètre d 1 et l’autre d’un diamètre d 2 avec d 2 ≥ d 1 est inférieur ou égal à 1/20 ème du plus petit diamètre, soit x ≤ 0,05.d 1 . les mâts (611, 612) portant la pluralité de rotors peuvent comprendre une ou plusieurs sections télescopiques permettant de rétracter lesdits mâts à une hauteur inférieure, par exemple pour passer sous un pont, après avoir orienté les pales des voilures rotatives perpendiculairement au mât. L’homme du métier comprend qu’un mât, qu’il comporte un rotor unique ou une pluralité de rotors, peut comporter à la fois une ou plusieurs sections télescopiques et une section en liaison pivot basculante par rapport à une section fixe de sorte à basculer ladite section en liaison pivot, la section en liaison pivot et/ou la section fixe comprenant une section télescopique. De manière similaire à la solution comprenant un rotor par mât, la liaison pivot des rotors autour de la direction verticale du mât est réalisée individuellement pour chaque rotor, ou, le mât peut comporter à sa base une liaison pivot autour de l’axe vertical permettant d’orienter tous les rotors en même temps, ces deux variantes de réalisation n’étant pas exclusives l’une de l’autre. Cette configuration tient compte notamment du fait que pour un mât dont la hauteur avoisine les 100 mètres dans certaines applications, les conditions de vent, à la fois de vitesse et d’orientation, ne sont pas les mêmes au sommet du mât qu’à proximité du pont du navire. Ainsi, une possibilité d’orientation individuelle de chaque rotor relativement à la direction verticale (110) permet de tenir compte de cet effet. l’utilisation de mâts multi-rotors permettant d’utiliser des voilures rotatives de plus petit diamètre permettent également d’utiliser des voilures rotatives comprenant plus de deux pales, ici 6 pales (1515), et ainsi d’en augmenter l’efficacité à diamètre équivalent. Das ce cas, lorsque les voilures rotatives ne sont pas utilisées, ou par exemple, pour rétracter le mât télescopique, les pales (1515) peuvent être escamotées dans le nez du rotor (1510) par un mécanisme approprié. Mâts quel que soit le mode de réalisation, mono-rotor ou multi-rotors la section (413) des mâts est avantageusement profilée pour limiter leur traînée aérodynamique, ou les mâts comprennent un carénage aérodynamique dans ce but. Avantageusement, le mât, particulièrement lorsqu’il comporte un dispositif d’orientation à sa base en plus d’un dispositif d’orientation de la nacelle à son sommet est utilisable comme une voile rigide en étant orienté de manière appropriée vis-à-vis du vent, procurant ainsi une poussée vélique supplémentaire. Dans le cas d’un mât multi-rotors, le fonctionnement des rotors en mode aéro-propulseur coopère avec le mât profilé pour produire une force de poussée par l’intermédiaire du mât agissant comme une aile sous l’effet de l’écoulement aérodynamique provoqué par lesdits rotors, en plus de la poussée aéro-propulsive Selon un exemple de réalisation non représenté, les mâts sont constitués d’une structure en treillis sur laquelle un carénage aérodynamique est fixé. Moteur électrique Le navire peut comprendre des moyens de propulsion électrique. Selon un mode de réalisation, ces moyens de propulsion électriques (221 ) peuvent entraîner directement les voilures rotatives qui fonctionnent alors en mode aéro-propulseur. Ce mode de fonctionnement est possible tant dans la configuration multi-rotors que dans la configuration mono-rotor. Selon un autre mode de réalisation substituable ou complémentaire au précédent, les moyens de propulsion électrique peuvent comprendre un moteur électrique (230 ) apte à entraîner, seul ou en assistance du moteur à combustion interne, au moins une hélice (21 ) de propulsion hydrodynamique du navire. Le moteur électrique entraînant l’hélice peut être préexistant, par exemple lorsque le navire comprend un dispositif de propulsion à combustion interne (diesel ou turbine à gaz) couplé à un moteur électrique, ou, le moteur électrique peut être installé lors d’une modification du navire pour l’installation du dispositif de propulsion vélique. À titre d’exemple non limitatif, de tels dispositifs électriques connus sous le nom de PTO/PTI peuvent être installés sur un arbre d’hélice existant et sont aptes à fonctionner de concert avec le moteur à combustion interne, soit en assistance, soit en fournissant 100 % de la puissance de propulsion nécessaire, soit en freinage régénératif en absorbant l’énergie mécanique et en la transformant en énergie électrique qui peut être stockée dans une batterie ou être utilisée directement à bord, soit encore en mode générateur, entraîné par le moteur à combustion interne ou par la rotation libre de l’hélice sous l’effet du flux hydrodynamique généré par le déplacement du navire. De tels dispositifs PTO/PTI aptes à être installés sur un navire existant sont par exemple proposés par la société suédoise Asea Brown Boveri Ltd (ABB ® ) pour des puissances allant jusqu’à 6 MW. l dans un cas général correspondant à un système dit complet, l’électricité produite par les rotors comprenant les voilures rotatives, passe par un redresseur (720) puis est orienté vers un répartiteur de puissance (730). Le répartiteur répartit la puissance électrique de et vers le dispositif PTO/PTI, de et vers la batterie et vers les usages du bord (740) le cas échéant. Le répartiteur de puissance peut également être apte à diriger de la puissance vers un moteur ou un générateur / moteur entraînant des voilures rotatives mode aéro-propulseur. Le dispositif PTO/PTI est apte à entraîner l’hélice (21) et délivrer une puissance vers celle-ci via un arbre de transmission (750) seul ou en assistance du moteur à combustion interne. Le dispositif PTO/PTI peut également être apte à produire de l’énergie électrique, étant entraîné par l’arbre de transmission (750), ce dernier étant entraîné soit par l’hélice (21), par exemple dans une situation de freinage régénératif, soit par le moteur à combustion interne. La puissance électrique produite par le dispositif PTO/PTI est dirigée vers le répartiteur de puissance (730) et réorientée selon les besoins des conditions de navigation. À cette fin, un dispositif de commande (790) comprenant un programme de pilotage commande les différentes sources de puissance et leur répartition selon les conditions de navigations de sorte à rester dans les conditions de réduction des émissions visées. Fonctionnement à montrent des exemples de fonctionnement du dispositif de propulsion vélique dans différentes conditions de vent, autres que vent arrière et vent debout, et qui correspondent au fonctionnement le plus courant du dispositif de propulsion vélique, les rotors étant orientés d’un angle α par rapport au vent apparent. Les conditions vent arrière et vent debout sont essentiellement citées comme des bases de dimensionnement, bien que le dispositif soit apte à fonctionner dans ces conditions, elles ne constituent pas des conditions de fonctionnement courante. Ces figures représente un navire comprenant un seul mât mono-rotor pour simplifier la représentation. Les conditions d’angles et de projections sont les mêmes pour un mât muti-rotors où les voilures rotatives des rotors sont orientées comme la voilure rotative de ces figures. Toutefois, dans le cas d’un mât multi-rotors comprenant un dispositif d’orientation individuel de chaque voilure rotative, les voilures rotatives peuvent être orientées relativement au vent apparent constaté à chaque altitude correspondante des voilures rotatives, Dans ces conditions ces figures doivent être comprises comme les effets du vent sur une des voilures rotative de la pluralité. Bien que ce ne soit pas une règle absolue, les meilleurs résultats sont généralement obtenus lorsque qu’une voilure rotative est orientée sensiblement perpendiculaire au vent réel dans les conditions face au vent, vent arrière, au portant et au travers. Dans des conditions au près la voilure rotative est orientée sensiblement parallèle à l’axe du navire. Il est à noter que lorsque le dispositif comprend deux mâts, l’orientation des voilures rotatives autrement que perpendiculaires à la direction longitudinale (1310) de la coque, limite considérablement les perturbations aérodynamiques des rotors d’un mât sur les rotors de l’autre mât, y compris pour les conditions de navigation par vent arrière et par vent debout. Les moyens d’orientation des voilures rotatives permettent d’orienter la voilure rotative, l’axe de rotation de la voilure restant dans un plan, dans toute direction coplanaire relativement à la direction du vent. En jouant sur cette orientation et sur le pas des pales, il est possible de trouver des conditions favorables pour générer une force propulsive quelles que soient les conditions de vent. Dans tous les cas représentés, une voilure rotative (115) est orientée d’un angle α par rapport à une direction du vent apparent (1195). Le vecteur représentatif du vent apparent est la somme vectorielle du vent réel (1190) et du vecteur vitesse (1150) de déplacement du navire. le vecteur représentatif du vent apparent (1195 1 ) est perpendiculaire à la direction de progression (150) et à la vitesse (1150 1 ) du navire. Dans ces conditions une voilure rotative est par exemple laissée libre en rotation et produit une poussée vélique (1191 1 ) qui se projette sur la direction de progression (150) comme une force propulsive T A . la projection du vecteur (1195 2 ) représentatif du vent apparent sur la direction de progression du navire est parallèle au vecteur vitesse (1150 2 ) de déplacement du navire. Dans ces conditions une voilure rotative agit à la fois comme une voile produisant une poussée vélique (1191 2 ) et comme un aérogénérateur produisant un couple (1192 2 ) et une puissance rotative, transformée en énergie électrique, qui peut alimenter un moteur électrique de type PTO/PTI pour produire une poussée hydrodynamique par l’entraînement de l’hélice des moyens de propulsion motorisés. La force propulsive T A est la somme de cette poussée hydrodynamique de l’hélice et de la projection de la poussée vélique (1191 2 ) sur la direction (150) de progression du navire. Alternativement, toute ou partie de la production électrique des rotors peut être utilisée pour charger la batterie. la projection du vecteur représentatif du vent apparent (1195 3 ) sur la direction (150) de progression du navire est de sens opposé à la vitesse (1150 3 ) du navire dans une navigation au près. Dans ces conditions le dispositif de propulsion vélique peut être utilisé comme un aérogénérateur produisant un couple (1192 3 ) et une puissance de rotation qui, transformée en puissance électrique, est apte à alimenter le moteur électrique de type PTO/PTI en assistance des moyens d’un moteur à combustion interne, par exemple. Le dispositif de propulsion vélique produit une poussée vélique (1191 3 ) qui, projetée sur la direction de progression du navire, s’oppose à cette progression. La puissance de résistance générée par cette traînée aérodynamique est inférieure à la puissance électrique produite, de sorte que le dispositif de propulsion vélique produit une assistance Dans un cas extrême, notamment par vent debout, le dispositif de propulsion vélique peut-être placé dans une configuration de traînée aérodynamique minimale, par exemple en alignant les pales des voilures rotatives (115) avec le mât et en arrêtant leur rotation. Le navire peut alors progresser au moyen du moteur électrique tirant sa puissance de la batterie. Il est à noter que dans la plupart des navires il est possible de loger une batterie de plusieurs MWh de capacité et que celle-ci est apte à alimenter le dispositif PTO/PTI pendant plusieurs heures alors que celui-ci assiste ou assure seul la propulsion du navire. correspond à une situation de navigation au portant par vent faible. Une voilure rotative peut être entraînée en rotation, par exemple en tirant de l’énergie de la batterie et, fonctionnant en mode aéro-propluseur, produit une poussée aérodynamique (1191 4 ) qui produit une force propulsive. Parallèlement les moyens motorisés, entraînés par le dispositif PTO/PTI ou un moteur à combustion interne peuvent produire une force propulsive additionnelle. Si le navire est équipé à la fois d’un dispositif PTO/PTI et d’un dispositif de propulsion vélique apte à fonctionner en mode aéro-propulseur, les deux dispositifs peuvent être utilisés en même temps. Également, l’objectif étant de produire une assistance à la propulsion permettant de réduire les émissions de gaz à effet de serre et autres polluants, les moyens le moteur à combustion interne peut être utilisé conjointement au dispositif de propulsion vélique soit pour propulser le navire, soit pour produire de l’électricité, via le dispositif PTO/PTI, notamment pour recharger la batterie. En pratique, de gros moteurs à combustion interne ne peuvent pas être arrêtés et remis en route de manière répétée. Par suite, le dispositif de propulsion vélique, adapté en transformation sur de gros navires, vise avant tout à maintenir le fonctionnement du moteur à combustion interne en dessous d’un seuil de puissance défini. Le passage d’un mode de fonctionnement à l’autre est réalisé en fonction du vent, notamment par l’orientation des voilures rotatives, et par la répartition des puissances produites et consommées. à montre des exemples de fonctionnement dans différentes conditions de vent et de vitesse d’avance pour un navire comprenant 2 mâts mono-rotor similaires au navire représenté et dont les caractéristiques sont données [Table 1]. Elles montrent notamment une orientation préférentielle des rotors dans ces conditions. Dans tous les cas la traînée hydrodynamique de la coque à 12 nœuds est de 153 kN. Les conditions sont sensiblement les mêmes pour deux mâts multi-rotors dont la somme des aires balayées par les pales des voilures rotatives est la même que celle des voilures rotatives des mâts mono-rotor. dans une condition de navigation au près, une vitesse d’avance du navire (1150) de 12 nœuds, un vent réel (1191) de 20 nœuds, orienté à 40° par rapport à la progression du navire. Dans ces conditions voilures rotatives tournent et produisent 1 MW de puissance électrique. Les voilures rotatives sont orientées d’un angle α de l’ordre de 30° par rapport au vent apparent (1195) leur traînée aérodynamique est de l’ordre de 8 kN, dans la direction de progression du navire, l’effet de cette force sur la coque produit une traînée supplémentaire de la coque de 11 kN, due à la dérive et à la gite. La puissance électrique fournie est supplémentée par la batterie, elle pourrait être supplémentée par un moteur thermique, de sorte à délivrer 1,1 MW à l’hélice qui produit une force propulsive de 172 kN. Compte tenu des pertes électriques et mécaniques cette situation permet d’économiser 46 % de puissance de propulsion. dans une condition de navigation au près, une vitesse d’avance du navire (1150) de 12 nœuds, un vent réel (1191) de 30 nœuds, orienté à 35° par rapport à la progression du navire. Les voilures rotatives sont orientées d’un angle α de 40° par rapport au vent apparent de sorte à limiter leur traînée aérodynamique dans la direction de progression du navire, ici de l’ordre de 64 kN. Cette force induit une traînée supplémentaire de la coque de 12 kN. Les rotors produisent une puissance électrique de 2,6 MW laquelle est orientée vers le moteur entraînant l’hélice qui compte tenu des pertes délivre une puissance propulsive de 1,4 MW et une poussée de 230 kN. Dans cette configuration, le dispositif de propulsion vélique produit 100 % de la puissance nécessaire à la propulsion du navire. Dans une condition de navigation par vent de travers, la vitesse d’avance du navire (1150) est de 12 nœuds, la vitesse du vent réel (1191) est de 30 nœuds, orientée à 90° par rapport à la direction de progression du navire. Les voilures rotatives peuvent être orientées d’un angle α de 42° par rapport à la direction du vent apparent (1195). Les voilures rotatives produisent une poussée vélique totale de 165 kN cette force introduit une traînée supplémentaire de la coque de 12 kN, de sorte que la poussée vélique suffit à propulser le navire, Mais en plus, les rotors produisent 2,2 MW de puissance électrique qui peut être, par exemple, stockée dans la batterie. Ainsi l’assistance générée par le dispositif de propulsion vélique atteint 243 % en tenant compte des pertes électriques et mécaniques. représente une condition de navigation au près avec un vent réel (1191) de 20 nœuds, orienté à 65° par rapport à la vitesse d’avance (1150) du navire de 12 nœuds. Les voilures rotatives sont orientées d’un angle α de 30° par rapport au vent apparent, les voilures rotatives produisent à la fois une poussée vélique de 73 kN et une puissance rotative transformée en une puissance électrique de 0.9 MW. La poussée vélique produit une traînée supplémentaire de la coque de 12 kN. La puissance électrique produite par les rotors est dirigée vers les moyens de propulsion motorisés qui compte tenu des pertes électrique et mécanique produisent une puissance propulsive de 0.6 MW et une force propulsive de 92 kN. Ainsi, l’assistance atteint 99 %. Ces exemples montrent que le dispositif de propulsion vélique permet d’assister les moyens de propulsion du navire dans des proportions importantes, pouvant dépasser 100 % y compris lorsque le navire remonte le vent. Ainsi, en choisissant le mode de fonctionnement du dispositif de propulsion vélique en fonction du vent le fonctionnement du moteur à combustion interne peut être maintenu à une puissance de fonctionnement inférieure à un seuil déterminé, réduisant d’autant les émissions de gaz à effet de serre et autres polluants, tout en conservant la batterie à un niveau de charge désiré. En revenant à , si au cours d’une étape de prédimensionnement (340) les contraintes sont analysées, et notamment les contraintes de stabilité. S’il est possible de définir un dispositif de propulsion vélique mettant en œuvre un ou deux mâts pourvus de rotors et offrant une surface suffisante pour produire une poussée vélique au niveau requis, alors au cours d’une étape (350) de conception, les caractéristiques du dispositif de propulsion vélique et, le cas échéant, du dispositif PTO/PTI sont affinées en fonction des contraintes initiales et par simulation des conditions de fonctionnement. À la suite des étapes de conception simulation, les performances du système intégrant, par exemple, un dispositif de propulsion vélique à deux mâts porteurs d un pluralité de rotors, aptes ou non à fonctionner en mode aéro-propulseur et un dispositif PTO/PTI sont résumées dans un diagramme (370) donnant le niveau d’assistance pour une vitesse donnée en fonction de la direction du vent et de sa vitesse, chaque polaire (371, 372, 373, 374) correspondant à une vitesse de vent réel. . Ce diagramme montre que l les niveaux d’assistance atteignables sont rapidement importants, de l’ordre de 100 % et même plus dès que la direction du vent s’écarte de l’axe vertical (vent arrière – vent debout), mais restent cependant significatifs dans ces conditions extrêmes. montre une autre manière de définir les conditions de fonctionnement d’une navire pour vu d’un système de propulsion vélique comprenant des voilures rotatives, aptes à fonctionner en mode aéro-propulseur, un moteur à combustion interne, une batterie et un système de type PTO./PTI configuré pour entraîner une propulsion hydrodynamique en totalité ou en assistance et à récupérer de l’énergie d’un effecteur hydrodynamique, par exemple une hélice, dans un fonctionnement en freinage régénératif. Ce système est dit complet. P A (1602) et P H (1601) représentent les puissances totales fournies ou récupérées respectivement par les voilures rotatives (puissance aérodynamique) et l’effecteur hydrodynamique tel qu’une hélice (puissance hydrodynamique), y compris les effet sde poussée et de traînée associés. [0111] Par convention, PA et PH sont comptés positifs lorsqu'ils fournissent de l'énergie de mouvement au navire et négatifs lorsqu'ils fournissent de l'énergie électrique qui peut être utilisée directement pour la propulsion ou stockée dans la batterie.[0112] Un ensemble spécifique de conditions de fonctionnement pour un navire donné, se déplaçant à une vitesse donnée, est donné par une courbe (1610) dans ce diagramme. Le diagramme peut être divisé en quatre domaines de fonctionnement correspondant aux quatre quadrants (I.II.III. IV) de ce diagramme. Dans un premier domaine (quadrant I), PA et PH sont tous deux positifs, ce qui signifie que le navire a besoin que l'effecteur hydrodynamique et les voilures rotatives soient alimentés en énergie, par exemple via un générateur / moteur pour les voilures rotatives et via le système PTO/PTI ou le moteur à combustion interne pour l’effecteur hydrodynamique Dans des conditions de déplacement durable, à faibles émissions, cette puissance supplémentaire peut être fournie par la batterie à condition que l'énergie correspondante ait été stockée auparavant. Par exemple, les voilures rotatives pourraient être utilisées en mode aérogénérateur pour récolter l'énergie éolienne lorsque le navire est au mouillage afin de charger la batterie et permettre au navire de fonctionner de manière transitoire dans les conditions du premier domaine sans émission. Par conséquent, pour déplacer le navire de manière durable et sans émissions, les conditions de fonctionnement dans le domaine I doivent être évitées ou réduites au minimum, de manière à être couvertes par l'énergie de la batterie. Dans un deuxième domaine (quadrant II), l'effecteur hydrodynamique fonctionne comme une hélice et est entraîné par exemple par le syst1eme PTO/PTI, tandis que de l'énergie électrique est générée par les voilures rotatives. Le déplacement du navire dans ce deuxième domaine de fonctionnement est plus favorable en termes d’émissions que le premier domaine de fonctionnent, \ car au moins une partie de l'énergie supplémentaire requise pour la propulsion du navire est générée par les voilures rotatives. Une ligne d'équilibre de puissance (1690) à 45°, divise le deuxième domaine en deux parties. Pour tout point de fonctionnement (1691) sur cette ligne d'équilibre de puissance, l'énergie générée par les voilures rotatives compense l'énergie consommée par le dispositif PTO/PTI entraînant l’effecteur hydrodynamique. Dans la partie du deuxième domaine située à gauche de la ligne d'équilibre des puissance (1690), les voilures rotatives fournissent plus d'énergie de rotation entrante convertie en énergie électrique que n'en requiert le dispositif PTO/PTI pour entraîner l’effecteur hydrodynamique. Cette énergie supplémentaire peut être stockée dans la batterie. Dans un troisième domaine (quadrant III), les voilures rotatives et l’effecteur hydrodynamique génèrent une puissance de rotation entrante convertie en énergie électrique par le générateur et le dispositif PTO/PTI, le navire est propulsé par la poussé vélique sur les voilures rotatives. Le quatrième domaine (quadrant IV) est, en termes de fonctionnement, en miroir du deuxième domaine : le navire est propulsé par les voilures rotatives fonctionnant en mode aéro-propulseur tandis que l'effecteur hydrodynamique fournit au moins une partie de la puissance électrique nécessaire. A un point d'équilibre (1692), la puissance de rotation entrante fournie par l'effecteur hydrodynamique via le dispositif PTO/PTI équilibre exactement la puissance mécanique sortante fournie par le générateur / moteur des voilures rotatives pour entraîner celles-ci en mode aéro-propulseur. Pour un navire donné à une vitesse de navire donnée ayant une courbe correspondante 1610) dans le diagramme de le maintien des conditions de fonctionnement du côté gauche de la ligne d'équilibre de puissance (1690) permet un fonctionnement sans émission et aussi de stocker de l’énergie dans la batterie pour compenser une demande de puissance lorsque le navire fonctionne dans des conditions de fonctionnement du côté droit de la ligne d'équilibre de puissance (1690). Comme le montre ce diagramme, les possibilités de conditions de fonctionnement à faibles d'émissions représentent plus de 50 % du domaine de fonctionnement d’un système de propulsion dit complet. Exemples Les exemples exposés ci-après montrent que les conditions minimales sont facilement remplies et dépassées dès lors que les navires visés sont suffisamment importants en taille. En effet, les moments d’inclinaisons et de redressement qui définissent la stabilité du navire en présence des dispositifs de propulsion véliques et par suite, qui limitent structurellement la hauteur et la puissance de ces dispositifs sont respectivement proportionnels au carré et au cube de la longueur de la coque, de sorte que pour des navires de longueur supérieure à 100 mètres environ, les dispositifs installés sont aptes à produire une assistance à la propulsion d’au moins 50 % en toutes circonstances, les contraintes restantes concernant essentiellement des questions d’encombrement et de coût, Ces exemples sont donnés pour des voilures rotatives à deux pales. Un premier exemple de réalisation correspond au navire, vraquier, représenté dont les caractéristiques sont résumées dans le tableau ci-après : Longueur 138 m Maître bau 18 m Tirant d’eau 6,5 m Vitesse de croisière 12 nœuds Déplacement 11,570 t Poids à vide 8,210 t Jauge brute 7,548 t Puissance motorisation (électrique) 2,700 kW Pour ce navire un exemple de dispositif de propulsion vélique comprend deux mâts mono-rotor avec les caractéristiques suivantes : Diamètre des rotors 60 m ou 4x 15m par mât Hauteur des mats 43,5 m Nombre de pales par rotor (profile symétrique) 2 Puissance totale des rotors 3,000 KW À 12 nœuds de vitesse d’avance la coque produit une force de traînée de 153 kN, En conditions de vent arrière (similaire à ) avec une vitesse de vent réel à 30 nœuds, soit 2,5 fois la vitesse d’avance du navire, le dispositif de propulsion vélique peut produire une force de poussée de 294 kN, soit presque le double de la traînée du navire, en pratique il est alors possible d’utiliser l’hélice des moyens de motorisation en freinage régénératif pour freiner le navire et produire de l’énergie. En conditions de vent arrière avec une vitesse de vent réel à 20 nœuds soit moins que 2 fois la vitesse d’avance du navire, le dispositif de propulsion vélique produit une poussée vélique de 141 kN, soit 92 % de la traînée du navire. Il est à noter que dans ces situations de vent arrière où l’axe de rotation des voilures rotatives est orienté parallèle au vent réel, les perturbations aérodynamiques entre rotors font que ces conditions de poussée vélique sont obtenues en pratique avec un seul rotor. Pour ce même navire, en situation de vent debout (similaire à ) avec une vitesse d’avance du navire à 8 nœuds et un vent réel avec une vitesse de 22 nœuds, le dispositif de propulsion vélique, agissant en aérogénérateur, produit 40 % de la puissance nécessaire à la propulsion du navire par les moyens motorisés électriques. Avec une vitesse d’avance du navire à 12 nœuds et un vent réel d’une vitesse de 25 nœuds le dispositif de propulsion vélique, agissant en aérogénérateur, produit 15 % de la puissance nécessaire à la propulsion du navire par les moyens de propulsion électriques. De la même manière que pour le vent arrière la situation de vent debout n’est pas favorable du fait des perturbations aérodynamiques engendrées d’un rotor sur l’autre, de sorte qu’en pratique le dispositif fonctionne dans ces conditions comme s’il n’avait quasiment qu’un seul rotor. Les exemples suivants montrent des exemples de prédimensionnement du dispositif de propulsion vélique pour différents navires, sur la base d’un mât mono-rotor. Ce prédimensionnement doit ensuite être affiné en fonction des autres contraintes techniques. Selon un 3 ème exemple, correspondant à un vraquier, d’une longueur hors tout de 127 m, maître-bau de 21,2 m et TPL (tonnes de port en lourd) de 14 130 tonnes, équipé d’un moteur thermique de 4,4 MW, vitesse maximale 16 nœuds, les résultats suivants sont donnés en fonction différentes vitesses de référence et différents diamètres de rotor : Vitesse de référence (nœuds) 4 6 8 10 12 14 16 Vitesse du vent réel (nœuds) 10 15 20 25 30 35 40 Vitesse du vent apparent (nœuds) 6 9 12 15 18 21 24 Traînée du navire (kN) 25 53 92 144 222 348 551 Poussée vélique Rotor 60 mètres ou 4x 15 mètres [kN] 14.4 32.3 57.5 89.8 129.3 176.0 229.9 en % de la traînée 58 % 61 % 62 % 62 % 58 % 51 % 42 % Poussée vélique Rotor 80 mètres ou 4x 20 mètres [kN] 25.5 57.5 102.2 159.6 229.9 312.9 408.7 en % de la traînée 103 % 108 % 111 % 111 % 104 % 90 % 74 % Poussée vélique Rotor 100 mètres ou 5x 20 mètres [kN] 39.9 89.8 159.6 249.4 359.2 488.9 638.5 en % de la traînée 161 % 169 % 173 % 173 % 162 % 140 % 116 % Ces résultats montrent que la condition de poussée vélique de 50 % de la traînée est atteinte avec un rotor de 60 mètres de diamètre, et plus avantageusement avec des mâts multi-rotors comprenant 4 rotors de 15 mètres de diam1etre. Même si un seul mât permet d’atteindre le résultat, l’utilisation de 2 mâts, éventuellement portant des rotors d’un diamètre inférieur, si la condition de distance d’implantation peut être respectée, peut cependant être judicieuse Selon un quatrième exemple concernant un vraquier de longueur hors tout 171,7 m, maître-bau 27 m, TPL 28 356 tonnes, un moteur thermique de 4,95 MW : Vitesse du vent réel (nœuds) 10 15 20 25 30 35 40 45 Vitesse du vent apparent (nœuds) 6 9 12 15 18 21 24 27 Traînée du navire (kN) 37.2 80.0 137.9 212.3 311.5 455.8 674.2 994.7 Poussée vélique Rotor 60 mètres ou 4x 15mères [kN] 14.4 32.3 57.5 89.8 129.3 176.0 229.9 290.9 en % de la traînée 39 % 40 % 42 % 42 % 42 % 39 % 34 % 29 % Poussée vélique Rotor 80 mètres ou 4x 20 mètres ou 5x 16 mètres [kN] 25.5 57.5 102.2 159.6 229.9 312.9 408.7 517.2 en % de la traînée 69 % 72 % 74 % 75 % 74 % 69 % 61 % 52 % Poussée vélique Rotor 100 mètres ou 5x 20 mètres [kN] 39.9 89.8 159.6 249.4 359.2 488.9 638.5 808.2 en % de la traînée 107 % 112 % 116 % 117 % 115 % 107 % 95 % 81 % Selon cet exemple, un diamètre de rotor de l’ordre de 80 m, plus précisément compris entre 60 m et 80 m pour des mâts mono-rotor serait nécessaire pour obtenir une poussée vélique de l’ordre de 50 % de la traînée. Toutefois du fait de la longueur de la coque (171 m) il serait difficile d’installer 2 rotors de 80 m en respectant une distance de 1,5 fois le diamètre entre ceux-ci, or, compte tenu des modes de fonctionnement présenté plus haut il est préférable dans ce cas d’installer soit 2 mâts mono-rotor de 60 mètres., le rotor de 60 m répondant à la condition de poussée vélique égale à 30 % de la traînée, ou deux mâts mutti-rotors dont les diamètres des voilures rotatives sont compris entre 15 m et 20 m avec 4 ou 5 rotors par mât. Selon un 5 ème exemple, concernant un vraquier de longueur hors tout 285 m, maître-bau 45 m, TPL 180 915 tonnes, avec un moteur thermique de 15,45 MW et une vitesse maximale de 16,7 nœuds : Vitesse de référence (noeuds) 4 6 8 10 12 14 16 Vitesse du vent réel (noeuds - vent arriière) 10 15 20 25 30 35 40 Vitesse du vent apparent (noeuds) 6 9 12 15 18 21 24 Trainée du navire (kN) 103.2 221.8 381.8 582.5 825.9 1124.1 1511.0 Poussée vélique Rotor 60 mètres ou 4x 15 mètres [kN] 14.4 32.3 57.5 89.8 129.3 176.0 229.9 en % de la traînée 14% 15% 15% 15% 16% 16% 15% Poussée vélique Rotor 80 mètres ou 4x 20 mètres , ou 5x 16 mères[kN] 25.5 57.5 102.2 159.6 229.9 312.9 408.7 en % de la traînée 25% 26% 27% 27% 28% 28% 27% Poussée vélique Rotor 100 mètres ou 5x 20 mètres [kN] 39.9 89.8 159.6 249.4 359.2 488.9 638.5 en % de la traînée 39% 40% 42% 43% 43% 43% 42% Ainsi selon cet exemple, le choix s’orienterait vers deux rmâts mono-rotors d’un diamètre compris entre 80 m et 100 m, ou, plus avantageusement, leur équivalent en mâts multi-rotors. La description ci-avant et les exemples de réalisation montrent que l’invention atteint les buts visés et permet pour des navires de toute taille d’obtenir une réduction des émissions du moteur thermique d’au moins 30 %, préférentiellement d’au moins 50 %, quels que soient le trajet et les conditions de vents. Navire (900) comprenant un dispositif de propulsion vélique comprenant un mât (911, 912) s’étendant selon une direction verticale (101) depuis un pont du navire, une pluralité de rotors (920) portée par le mât (911, 912) , chaque rotor de la pluralité comprenant une voilure rotative (915), consistant en deux pales, apte à tourner autour d’un axe de rotation (116) sécant à la direction verticale (101), les axes de rotation (116) des voilures rotatives (615) de la pluralité de rotors étant compris dans des plans parallèles et superposés selon la direction verticale(101), un dispositif d’orientation des axes de rotations (116) des voilures rotatives (915) autour de la direction verticale (101), dans lequel pour chaque voilure rotative (915) de la pluralité de rotors, une première voilure rotative dont des extrémités des pales décrivent une trajectoire d’un diamètre d 1 , immédiatement superposée avec une deuxième voilure rotative dont des extrémités des pales décrivent une trajectoire de diamètre d 2 avec d 2 ≥ d 1 , un écart minimum (x) entre les extrémités des pales de la première voilure rotative et les extrémités des pales de la deuxième voilure rotative est inférieur ou égale à 0,05.d1. Navire selon la revendication 1, comprenant un générateur électrique apte à transformer une puissance mécanique de rotation des voilures rotatives en puissance électrique. Navire selon la revendication 2, dans lequel les pales des voilures rotatives on un profil aérodynamique dissymétrique (415) vrillé sur une longueur d’une pale. Navire selon la revendication 1, comprenant un dispositif d’entraînement des pales des voilures rotatives pour les faire fonctionner dans un mode aéro-propulseurs. Navire selon la revendication 4, dans lequel les pales des voilures rotatives ont un profil aérodynamique symétrique (416). Navire selon la revendication 3 ou la revendication 5 comprenant un dispositif d’ajustement d’un pas des pales des voilures rotatives. Navire selon la revendication 1, dans lequel le mât (911, 912) comprend un carénage aérodynamique. Navire selon la revendication 1, dans lequel le mât (911, 912) comprend une section télescopique. Navire selon la revendication 1, dans lequel les axes de rotations (116) des voilures rotatives (915) des rotors de la pluralité sont orientables individuellement autour de la direction verticale (101). Navire selon la revendication1, comprenant deux mâts (911, 912) ou plus, portant chacun une pluralité de rotors (920).