FR2942643A1 - Dispositif pour exploiter l'energie de la houle en bordure de mer et la transformer en electricite - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif qui récupère l'énergie générée par les mouvements verticaux de la houle pour produire de l'électricité. Il est constitué d'un module (1) qui flotte en surface et qui grâce à une poutre (3) transmet les mouvements de la houle à une barge (5) qui flotte dans des eaux calmes. Un volume d'air comprimé (8) en assure la flottaison. Des câbles (9) fixés à des corps-morts (11) et alourdis de gueuses en béton (10) la maintiennent en place. La poutre (3) anime dans un caisson étanche (12) un vérin (4) qui alimente en huile sous pression un moteur hydraulique (15) et un alternateur (16) qui produit l'électricité. La barge, avant une tempête, peut-être mise à l'abri sur le fond grâce à un compresseur sur la rive.

Description

-1- La présente invention concerne un dispositif qui, pour produire de l'électricité en bordure de mer, utilise les variations de la houle c'est-à-dire la différence entre la hauteur de la houle et une profondeur constante.

Par ailleurs, on sait que le principal inconvénient rencontré dans le domaine de l'exploitation de la houle, se situe dans les risques de destruction lors d'une tempête. A ce risque en pratique inévitable et endémique sur les régions côtières, s'ajoute le phénomène des marées qui à toutes heures change en IO permanence la hauteur d'eau. Le dispositif selon l'invention permet de remédier entièrement à ces inconvénients. Il comporte en effet un module important (environ 20 m3, 6 mètres de long) semblable à un canot entièrement recouvert d'un toit vissé. Il flotte à fleur d'eau, 15 et la carène est reliée par un joint de cardan à une poutre de type treillis métallique, rigide, d'une longueur appropriée au site de production. Cette poutre permet de transmettre les variations de la houle à une barge immergée qui flotte entre deux eaux. Cette barge est équipée d'un caisson étanche qui 20 contient un système qui permet d'utiliser l'énergie verticale de la houle. Pour ce faire, la poutre en plongeant vient animer un vérin vertical qui alimente un réservoir dit haute pression fournissant donc' l'huile sous haute pression à un moteur hydraulique accouplé à un alternateur directement sur 25 l'arbre. A la sortie du moteur l'huile retourne dans un réservoir basse pression qui réalimentera le vérin pour un nouveau cycle. Le système fonctionne donc en circuit fermé. Le piston du vérin qui sort de la barge sera protégé de l'eau de mer par un soufflet en caoutchouc semblable à ceux utilisés dans 30 l'industrie automobile en particulier pour protéger les cardans et les biellettes de direction. Sur la partie supérieure de la barge, un portique guidera la poutre en lui permettant de se déplacer sur des roulements en même temps qu'il servira de -2--

butées dans le débattement haut et bas de la poutre afin de protéger le vérin. La barge, cylindrique et construite en aluminium, est ouverte sur la mer car elle ne comporte pas de fond. Dans sa partie haute, est prévue une prise d'air reliée par un long tuyau, type air comprimé, à un compresseur à l'abri sur la rive qui permet donc de télécommander et d'ajuster la profondeur de la barge. Dans son volume supérieur, la barge retient l'air emprisonné lors de la mise à l'eau et auquel a été ajoutée une grande quantité d'air pour assurer une force d'inertie très importante apte à résister à la poussée de la poutre. Dans la partie inférieure de la barge, trois chaînes voire plus, alourdies de gueuses en béton qui servent de lest, relient la barge à autant de corps morts enfouis légèrement dans le sol.

Grâce au compresseur il est toujours possible de maintenir la barge à une profondeur choisie. Avec en plus l'avantage en cas d'avis de tempête, d'évacuer d'abord une certaine quantité d'air de la barge jusqu'à ce que des gueuses se posent sur le sol mettant déjà la barge à l'abri. Après quoi s'il le faut, il sera possible d'évacuer encore un peu plus d'air pour que dans un mouvement uniforme selon la loi de Mariotte (V P = V'P'= K), la barge elle-même se pose sur le fond, là où l'eau est toujours calme et offre un abri très sûr. On sait en effet que selon l'effet laminaire, et dès après quelques mètres, les fonds marins ne sont plus agités et deviennent parfaitement calmes. Ce phénomène est d'ailleurs largement exploité par les plates-formes hauturières, établies sur des flotteurs immergés en profondeur, qui permettent à la barge de rester absolument stable au moment du forage, quel que soit l'état de la surface. De même les poissons cherchent-ils toujours un abri sur les fonds dès que la mer est agitée. Des centaines de milliers de plongeurs sous-marins ont pu le constater. D'ailleurs, de mémoire d'homme, on n'a jamais vu un poisson vivant rejeté par la mer en cas de tempête. Autre -3-

exemple : les surfeurs pour rejoindre le large plongent avec leur planche sous chaque vague déferlante, là où sous à peine deux mètres de profondeur, l'eau est déjà relativement calme et où ils peuvent progresser sans beaucoup de peine.

Ce phénomène, l'effet laminaire donc, bien connu des ingénieurs, des pêcheurs et des plongeurs, est un avantage très important car il permet à un dispositif marin quel qu'il soit, d'être mis à l'abri de la tempête quand il le faut, et sans qu'il soit nécessaire de le ramener chaque fois" sur la rive, ce qui est en général impossible. La tempête passée il suffira d'injecter suffisamment d'air dans la barge pour qu'elle retrouve son niveau optimum d'exploitation. Les chaînes alourdies de gueuses de béton qui fixent l'ensemble sur le site, apportent un supplément de résistance important à l'instant de la poussée sur le vérin. Quand la barge aura tendance à s'enfoncer dans l'eau, une partie des gueuses se poseront sur le sol, allégeant donc la barge d'autant. Ce principe était bien connu des aérostiers qui laissaient pendre une grosse corde sur le sol pour maintenir leur aéronef à une altitude constante. Dans le cas présent, ces nouveaux guideropes pourront, en posant quelques gueuses, alléger la barge de plusieurs tonnes en une fraction de seconde et, selon l'effet inverse, alourdiront la barge quand elle aura tendance à trop remonter. Le temps de réponse sera compris dans les 3 secondes qui, de par les océans, représentent la fréquence moyenne des crêtes de houles. Les hydrauliciens disposent d'une formule pour calculer la puissance développée. La formule peut être représentée par l'algorithme suivant : Ph=(P x q)/600, où Ph représente la puissance hydraulique en kWh, P la différence de pression en bars et q la quantité de litres d'eau par minute. Cette formule montre que la différence de pression est un paramètre qui implique une masse importante pouvant atteindre plusieurs dizaines de tonnes si l'on veut obtenir -4-

quelques centaines de kilowatt/heure. Or cette différence de pression est assurée par le poids appliqué sur le piston du vérin et donc fonction de la masse du module flottant en surface. Il importe en conséquence d'alourdir le module de très lourdes charges de béton. Dans l'exemple, puisque le module qui flotte en surface est conçu pour une jauge d'environ 20 mètres cubes, la charge prévue sera d'un peu moins de vingt tonnes de béton de façon à ce que le module soit immergé presque en totalité pour ne pas donner prise au vent ni aux- vagues déferlantes. La charge sera bien entendu fractionnée en dix ou vingt petites masses de béton devenues ainsi, lors de la mise en oeuvre, plus facilement maniables par le palan du bateau d' assistance. Dans les lieux où des besoins en électricité seront importants, il sera possible d'associer plusieurs barges qui alimenteront en huile sous pression une unité centrale qui bénéficiera d'un réservoir haute pression d'une capacité importante pour alimenter un seul moteur hydraulique et son alternateur, lui-mêne de grande puissance. Les satellites construits sur le même modèle que la barge centrale, ne comporteront cependant qu'un réservoir basse pression pour alimenter leur seul vérin. Ils seront disposés en étoile autour de la centrale selon un rayon relativement faible (1.5 ou 2 mètres) pour économiser la longueur des tuyaux haute et basse pression, évitant ainsi au maximum les pertes de charges. Les dessins annexés illustrent l'invention. La figure 1 représente en élévation le dispositif de l'invention. En référence à ce dessin, il comporte un module (1), semblable à un canot mais recouvert entièrement et d'une longueur d'environ 6 mètres, qui flotte en surface. Construit en aluminium selon la technique de la construction navale, il est capable de supporter des charges de plusieurs tonnes. La densité est calculée pour que le sommet du module affleure le sommet de l'eau pour n'offrir pas ou peu de prise tant aux vagues déferlantes qu'au vent, La partie inférieure du module est équipé d'un joint de cardan (2) relié à une poutre (3) en acier, d'une longueur qui sera fonction du site d'exploitation, et construite comme un treillis métallique triangulaire qui lui assure une grande rigidité tout en offrant peu de résistance aux éventuels courants marins. Le module, grâce au cardan peut donc évoluer dans les deux dimensions horizontales pour que que la poutre ne réagisse autrement que monter ou descendre selon les mouvements de la houle. A la base de la poutre (3) est assujetti un vérin (4) qui sera décrit plus loin et qui pénètre à l'intérieur d'une barge (5) cylindrique, en aluminium, d'environ 4 à 5 mètres de diamètre et flottant entre deux eaux. Au dessus de cette barge, un portique métallique (6) guide la poutre (3) en la maintenant perpendiculaire à la barge. Des roulements incorporés à une couronne (7) de la même forme que la poutre, lui permettent d'évoluer facilement dans les deux sens, sans risquer une usure prématurée. En pratique cette couronne se comporte un peu comme un roulement à billes tout en servant de butée limitant le débattement haut et bas de la poutre. A l'intérieur et au sommet de la barge, un volume d'air important permet à la barge de flotter mais surtout de résister par inertie à la poussée de la poutre. Sur une des faces de la 25 barge (5) une prise (8) permet à un tuyau d'air comprimé de rejoindre un compresseur établi à l'abri sur la rive, ce qui permet par télécommande d'ajuster à tout instant le niveau d'immersion de la barge, en particulier selon les horaires de marée. 30 Dans la partie inférieure de la barge, sont accrochés des câbles(9) qui supportent des gueuses en béton (10). Les câbles sont eux-mêmes arrimés sur des corps-morts (11) légèrement enterrés sur le fond. 10 15 20. -6-

La figure 2 des dessins annexés, représente en élévation et à une échelle un peu plus grande que la précédente, le caisson étanche (12) et le principe de fonctionnement du système hydraulique. Le caisson est fixé aux parois de la barge par des pattes (13) et est donc situé en pleine eau ce qui a l'avantage de refroidir l'ensemble du système. Le vérin (4) qui pénètre dans le caisson étanche (12) est protégé de l'eau de mer, à l'extérieur de la barge, par un soufflet (4) en caoutchouc ou en Néoprène.

1G Le vérin applique donc l'énergie reçue de la houle et transmise par la poutre, à de l'huile qu'il expédie dans un. réservoir (14) haute pression (H.P). Celui-ci alimente, en huile sous pression donc, un moteur hydraulique (15) accouplé à un alternateur {16) qui produit l'électricité expédiée sur la 15 rive par un câble faisant corps avec le tuyau d'air comprimé. A la sortie de moteur (15) l'huile basse pression rejoint un réservoir basse pression (17) pour réalimenter le vérin dans sa phase descendante ou ascendante. Car, quand le vérin tiré par la poutre remontera, il alimentera le réservoir haute 20 pression qui alimentera lui-même le moteur comme dans la phase précédente. Le vérin est donc à double action, ce qui offre donc à la barge l'avantage de produire en continuité de l'électricité. Bien entendu le vérin dispose, aux sorties et aux 25 entrées d'huile, de valves anti-retour (18) symbolisées sur le dessin.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1)Dispositif permettant d'exploiter l'énergie de la houle, caractérisé en ce qu'il comporte une barge sans fond 5) qui flotte entre deux eaux grâce à de l'air comprimé emprisonné en son sommet, la dite barge (5) étant équipée d'une poutre (3) reliée à un module (1) qui flotte en surface et qui transmet les oscillations de la houle. A l'intérieur de la barge, un vérin (4) reçoit de la poutre (3) les oscillations de la houle. Ce qui permet au vérin (4) d'alimenter en huile sous pression un moteur hydraulique (15) accouplé à un alternateur {16) qui produit de l'électricité.

   2)Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le vérin (4) alimente un réservoir dit haute pression (14) qui fournit au moteur hydraulique (15) l'huile sous une pression constante. A la sortie du moteur, l'huile en basse pression rejoint le réservoir dit basse pression qui réalimentera le vérin pour un nouveau cycle, assurant ainsi une production continue.

   3)Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'ensemble du dispositif hydraulique est situé à l'intérieur d'un caisson étanche (12) relié à la barge par des pattes métalliques (13) et qu'il est donc situé en pleine eau, ce qui assure un bon refroidissement.

   4)Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la barge (5) dispose en son sommet d'une prise d'air (8) qui lui permet d'être reliée à un compresseur lui-même à l'abri sur la rive. Grâce à cette prise d'air il sera toujours possible à partir du compresseur, d'insuffler de l'air ou au contraire d'en retirer pour ajuster la hauteur de flottaison de l'ensemble, notamment pour pallier aux écarts de la marée mais aussi après un avis de tempête, de mettre l'ensemble du dispositif à l'abri sur les fonds là où, comme chacun le sait, l'eau est toujours calme. La tempête passée, il suffira d'insuffler de l'air pour remettre le dispositif en service.

   5)Dispositif selon les revendications 1 et 4 caractérisé 35en ce que le volume d'air (8) important contenu dans le sommet de la barge (5) est compensé par le poids de l'ensemble ajouté à une partie des gueuses (10) dont la bargeest équipée, ce qui la maintient à une profondeur en pratique constante. Par exemple sous une forte poussée de la poutre et donc de la houle, les gueuses en se posant sur le fond allègent donc d'autant la barge. A l'inverse si la barge remonte trop, les gueuses en quittant le fond alourdissent l'ensemble du système.

   6)Dispositif selon les revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est possible, pour faire face à des gros besoins en électricité, d'associer selon les besoins et autour d'une importante barge dite centrale, un certain nombre de barges satellites plus petites qui fourniront de l'huile sous pression à l'unique moteur et alternateur de la centrale. Chaque satellite dispose d'un module, d'un vérin et d'un réservoir basse pression, mais ne dispose plus de moteur ni d'alternateur.