FR2805864A1 - Dispositif de conversion de l'energie de la houle en energie mecanique de rotation - Google Patents

Abstract

Dispositif de conversion de l'énergie alternative de la houle sous forme d'énergie mécanique de rotation comportant un volume en forme d'hélice (1) dont l'axe (2) est maintenu sensiblement en coïncidence avec le niveau moyen de la surface libre de la mer par un dispositif de stabilisation (3). Un dispositif d'ancrage (4) et un dispositif d'orientation (5) permettent ensemble de maintenir les conditions liant la longueur du pas de l'hélice à la longueur d'onde des vagues, le rayon de l'hélice au creux des vagues et l'orientation relative de l'axe de l'hélice par rapport à la direction de propagation des vagues, pour que le volume (1) soit soumis à un couple unidirectionnel tendant à le faire tourner sur son axe (2). Cette caractéristique permet de transformer le mouvement alternatif des vagues en mouvement de rotation unidirectionnel du volume (1). Le volume (1) entraîne à son tour un rotor (6) dans un stator (7) afin de convertir l'énergie mécanique de rotation du volume (1) sous une forme d'énergie exploitable localement ou transportable.Les applications industrielles concernent des installations temporaires permettant la production de débit d'eau de mer en aquaculture, dépollution, archéologie que des installations fixes assurant la production régulière d'électricité pour besoins insulaires ou côtiers.

Description

La présente invention concerne les dispositifs du type "houlomotrices" permettant de convertir l'énergie de la houle sous forme d'énergie mécanique de rotation.

La plupart des dispositifs connus se classent en quatre groupes selon le mode de conversion choisi 1) - le mouvement va-et-vient vertical de la houle entraîne un flotteur ou fait osciller une colonne d'eau dans un cylindre, 2) - la pente variable de la surface libre fait osciller en rotation un flotteur sur lui même ou plusieurs flotteurs articulés, 3) - l'impact de la vague est absorbé par un solide articulé ou par un solide déformable, 4) - déferlement fait remonter l'eau dont l'énergie potentielle est ensuite récupérée par ouvrage de basse chute.

Dans ces dispositifs connus, l'énergie potentielle et cinétique alternative contenue dans la houle est captée par l'intermédiaire de structures flottantes ou de structures cotières à déferlement conçues pour résister dans des conditions de mer extrêmes. De plus, ces dispositifs doivent pouvoir capter les vagues les plus énergétiques et présentent donc bande passante adaptée à la capture des vagues de grandes longueurs d'onde entraînant des dimensions de plusieurs centaines de mètres. Tous ces dispositifs nécessitent des moyens d'ancrage surdimensionnés tandis que l'énergie mécanique récupérée dans ces systèmes sous forme alternative nécessite l'usage de mécanismes de conversion complexes et peu adaptés à un séjour prolongé en milieu marin. Enfin, ces structures mécaniques de grandes tailles, souvent articulées, doivent durer dans des conditions d'environnement particulièrement agressives, et à jour, aucune survécu malgré les importants coefficients de sécurité pris en compte lors de leur dimensionnement. Ces raisons conduisent encore aujourd'hui à des projets de structures expérimentales dont la durée de vie reste incertaine et dont le coût est pas rentabilisable.

La seule exception connue se rapporte à l'intégration d'une houlomotrice dans des balises de signalisation actives disposant déjà d'un flotteur et d'un ancrage et dont les besoins d'énergie restent modestes ce qui a permis de privilégier la robustesse au détriment de l'efficacité.

Le dispositif suivant l'invention permet d'éviter ces inconvénients.

Le dispositif suivant l'invention, selon une première caractéristique, comporte un volume en forme d'hélice (1) maintenu partiellement immergé sur la surface de fa mer. Selon une seconde caractéristique l'axe (2) du volume en forme d'hélice est maintenu sensiblement parallèle au niveau moyen de la surface libre de la mer. Sous certaines conditions liant la longueur du pas de l'hélice à la longueur d'onde des vagues, le rayon de l'hélice au creux des vagues et l'orientation relative de l'axe de l'hélice par rapport à la direction de propagation des vagues, le volume (1) est soumis à un couple tendant à le faire tourner son axe (2). Cette caractéristique permet de transformer le mouvement alternatif des vagues en mouvement de rotation unidirectionnel.

Selon une troisième caractéristique, le pas de la forme hélicoïdale du volume est choisi constant en fonction de la longueur d'onde la plus fréquemment rencontrée sur le site d'implantation envisagé. Cette caractéristique permet de transformer le mouvement alternatif des vagues en mouvement de rotation unidirectionnel continu.

Selon une quatrième caractéristique l'axe (2) de rotation du volume (1) est maintenu, en fonctionnement normal, sensiblement parallèle au niveau moyen de la surface libre de la mer par dispositif de stabilisation (3). Cette caractéristique empêche le dispositif de s'effacer au passage de la vague et lui permet disposer de l'appui nécessaire pour faire travailler les efforts exercés par la vague la partie immergée du volume.

Selon une cinquième caractéristique, le dispositif est maintenu en position sur un champ de vagues par l'intermédiaire d'un dispositif d'ancrage destiné à résister à la composante horizontale des efforts induits par les vagues le dispositif. Cette caractéristique permet de maintenir la position géographique du dispositif sur le champ de vagues auquel est adapté.

Selon une sixième caractéristique, le dispositif est orientable autour de son point de positionnement géographique par l'intermédiaire d'un dispositif d'orientation (5). Cette caractéristique permet d'adapter le dispositif à un changement de direction de propagation des vagues.

Selon une septième caractéristique, l'angle d'incidence de l'axe volume (1) avec la direction de propagation des vagues est maintenu à son optimum par une action sur son dispositif d'orientation (5). Cette caractéristique permet de maintenir le rendement à son optimum cas de variation lente de la direction du front de vague ou de la longueur d'onde des vagues.

Selon une huitième caractéristique, le dispositif est submersible. Cette caractéristique permet d'immerger temporairement le dispositif afin de le soustraire aux effets des tempêtes qui affectent principalement la surface libre de la mer.

Selon une neuvième caractéristique, le volume (1) entraîne rotation un rotor (6) dans un stator (7). Cette caractéristique permet de faire travailler le couple moteur exercé par les vagues sur le volume afin d'utiliser localement l'énergie mécanique disponible ou de la transformer sous une forme plus facile a utiliser localement, à stocker ou à transporter.

Selon une dixième caractéristique, le volume (1) est constitué modules identiques (11) montés en série le long d'un arbre (8) de façon à constituer hélice (9). Cette caractéristique permet de réduire les coûts de fabrication des modules en augmentant les séries et de rendre plus facilement réparable le volume en forme d'hélice qui reste la partie la plus exposée aux efforts induits par la houle.

Selon une onzième caractéristique, le dispositif selon l'invention est associé à un autre dispositif selon l'invention dont l'axe de rotation (2) est parallèle au sien mais dont le volume (1) en forme d'hélice possède une longueur de pas et un rayon différent du sien. Cette caractéristique permet au groupe formé par les deux dispositifs selon l'invention d'augmenter sa capacité à entrer en résonance sur un champ de houle de longueur d'onde aléatoire ou fluctuante.

dessins annexés illustrent l'invention figure 1 représente le dispositif de l'invention en coupe partielle figure 2 représente une variante de ce dispositif en coupe partielle ces figures, les éléments de l'environnement du dispositif tels que la côte ou le bateau sont représentés à une échelle réduite.

Selon un premier mode de réalisation de l'invention, destiné à la production insulaire d'énergie électrique à partir d'un champ de vagues orientées comme on en trouve à proximité des côtes, le volume (1) de forme hélicoïdale est un flotteur (10) constitué d'une série de pales (11) disposées en hélice (9) le long d'un arbre (8). Le dispositif de stabilisation (3) est constitué d'un dispositif avant (12) et d'un dispositif arrière (13). Chacun de ces dispositifs de stabilisation est constitué d'une plaque plane (14) maintenue en position horizontale, à une profondeur suffisante pour ne plus etre influencée par la houle, par un mât lesté (15) relié à l'extrémité de l'arbre (8) un palier (16). ). Le dispositif de stabilisation (3) est relié à la côte par un câble 7) passant à travers le dispositif d'ancrage (4) posé au fond de l'eau. Le palier (16) arriere supporte le stator (7) d'une génératrice d'électricité dont le rotor (6) est solidaire l'arbre (8). La plaque arrière est reliée par un câble (18) au dispositif d'orientation installé sur la côte. Ce dispositif d'orientation est constitué d'un rail (20) et d'un chariot (21) relié à l'extrémité du câble (18). Le déplacement du chariot (21) sur le rail (20) permet de modifier l'orientation de l'axe du volume (1) pour maintenir un bon couplage malgré une diminution de la longueur d'onde de la houle. En cas de tempête, action sur le câble (17) permettra d'immerger le dispositif afin de le soustraire à l'action destructrice des vagues.

Selon un second mode de réalisation de l'invention, destiné à une utilisation temporaire à fins de dépollution d'hydrocarbures en mer, la structure du dispositif est gonflable afin permettre un acheminement rapide et un déploiement plus aisé du dispositif sur zone à dépolluer. Dans cette forme de réalisation, une enveloppe (10) gonflée à l'air disposée en hélice (9) sur l'arbre principal (12) qui assure la rigidité de l'ensemble (10, 12). Le dispositif de stabilisation (3) est constitué d'une voilure (22) tendue en position horizontale sur un cadre (23) et maintenue, à une profondeur suffisante pour ne plus être influencée par la houle par deux mâts lestés (15) reliés à chacune des extrémités de l'arbre (12) par des paliers (16). L'avant du cadre (23) est relié à un câble (17) permettant à un remorqueur (24) de tracter ou d'immobiliser le dispositif sur la surface de la mer. L'arbre (12) est creux et sa paroi intérieure est munie d'une hélice (27) constituant le rotor (6) d'une pompe à vis d'Archimède (28). L'arrière du cadre (23) est relié à la partie inférieure du barrage antipollution (29), traversé par le stator (7) de la pompe (28). L'assemblage de nombreux dispositifs selon l'invention, autour d'un même barrage antipollution permet de pomper la couche superficielle de mer polluée située à l'exterieur du barrage et de la rejeter à l'intérieur de la zone délimitee par le barrage pour 'y décanter.

Applications industrielles Comme le montrent les deux modes de réalisation décrits précédemment, le dispositif objet de la presente invention peut donner lieu à de nombreux modes de realisation spécifiques sites sur lesquels il doit être installé et spécifiques formes d'énergie utile recherchées. Le fait de fournir une énergie mécanique continue et unidirectionnelle par conversion directe devient un avantage important dans des applications liees à la conversion en énergie électrique, à la production débits de fluides ou à mise en mouvement de l'eau de mer, pour la navigation, le dessalement d'eau de , l'exploitation des résurgences d'eau douce en mer, l'aquaculture, l'archéologie ou les travaux marins et sous-marins à proximité des côtes.

D'autres applications intéressant la protection des ouvrages en mer ou des côtes contre l'agression de la houle utiliseront le fait qu'à l'aval du dispositif, les vagues ont une amplitude réduite. Le rassemblement de plusieurs dispositifs dans une même zone permet de constituer un barrage flottant atténuateur de houle en aval duquel les activités humaines, animales ou végétales pourront plus facilement s'exercer.

Claims (1)

1. Revendications dispositif permettant de convertir l'énergie des vagues, présentes à la surface mers sous forme d'énergie cinétique et potentielle alternative, en énergie mécanique unidirectionnelle de rotation caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un volume en forme d'hélice, partiellement immergé à la surface de la mer, dont l'axe (2) maintenu sensiblement parallèle au niveau moyen de la surface de la mer et à direction de propagation des vagues. 2) dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que la projection de la longueur pas de l'hélice (9) sur la direction de propagation des vagues est maintenue proche la longueur d'onde des vagues par l'action sur un dispositif d'orientation (5). 3) dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que l'immersion partielle totale du dispositif est obtenue par une action utilisant un dispositif d'ancrage (4). 4) dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que l'axe (2) du volume en forme d'hélice est maintenu parallèle au niveau moyen de la mer par l'action dispositif de stabilisation (3). 5) dispositif selon revendication 4 caractérisé par le fait que le dispositif de stabilisation (3) prend appui sur la masse d'eau sous-jacente non perturbée par la houle. dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que le volume (1) en forme d'hélice est une enveloppe (10) remplie de gaz. dispositif selon revendication 3 caractérisé par le fait que le dispositif d'ancrage prend appui sur la masse d'eau environnante. dispositif selon revendication 2 caractérisé par le fait que le dispositif d'orientation prend appui sur la masse d'air environnante. dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que le volume (1) en forme d'hélice est composé de plusieurs modules (11) identiques montés en série le long d'un arbre ( 8) pour former une hélice (9). dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que le volume (1) en forme d'hélice est composé de deux volumes (1), en forme d'hélice de sens contraires, montés en parallèle pour former un ensemble utilisant un unique dispositif de stabilisation (3), d'ancrage (4) ou d'orientation (5).