99564 1 1 Cette invention est destinée à produire de l'électricité ou toute autre énergie en récupérant l'énergie des courants marins et fluviaux et l'énergie des courants de marées, par l'intermédiaire de turbines hydrocinétiques Kerckove ou autres.
Cette invention pourra travailler en milieu d'eau douce, fleuve, rivière, mais elle est surtout prévue pour le milieu marin. L'invention, peut travailler en surface, posée sur le fond, mais surtout en pélagique, à toutes profondeurs. Cet appareil pourra être équipé de moyens fixes ou mobiles permettant de régler sa flottaison et qui mettront l'axe des turbines en parallèle ou perpendiculaire avec le courant qui les porte, suivant le type de turbines utilisées, même si ce courant n'est_pas rectiligne. Si ces moyens sont mobiles, leur asservissement sera piloté par microprocesseurs, (centrale d'assiette, GPS ou Galiléo, commandes de niveaux de profondeur, etc.) Cette invention concerne un module qui se décomposant en 7 parties : - l'aile supérieure, (1 ou a) - La quille ou les quilles, (2) - les traverses ou ailes secondaires (b ou3), (fig. 4, 5, 6, 8) - le ou les orins (4) - le câble de récupération de l'énergie produite (11) - l'ancrage, sous forme de 'corps-mort' (9, fig. 15) ou de pieux battus dans le sol marin ou de rivière (10) et arasés au niveau de celui-ci. - le générateur appelé turbine, composé d'alternateur (6) centré avec pales en hélices (fig. 7) ou de turbines à palets (7), fig.5,6,8,9) - des ballasts de bas de quilles (8) que l'on pourra lester partiellement ou totalement, d'eau, de sable, ou de plomb. L'équilibre de l'ensemble, est assuré par la sustentation partielle ou totale de l'aile (1), complémentée éventuellement par les quilles (2) et les ballasts (8) et par l'attraction compensant la poussée d'Archimède qu'apportent les quilles et les ballasts. Les quilles et les ballasts ont un rôle double et peuvent être tantôt flotteur, tantôt ballast. A notre connaissance, aucune nouvelle technologie n'est apparue depuis le brevet Kerckove 10 00513. Le dit générateur est maintenu sous l'aile principale par des supports divers, de façon à ce que la hauteur (H2) (fig.11) séparant l'extrémité de la quille (8) de l'axe fictif (Z > Z1), représente au moins 18% de la hauteur (Hl), qui est elle-même 50 % de la hauteur (H) représentant la hauteur totale entre l'axe fictif (Z > Z1) et la face inférieure de l'aile. Autres technologies Seul le projet EDF de Paimpol-Brehat est apparu, adaptation Française du projet "Open-Hydro", qui a eu tant de problèmes de casse de pales. Ce projet qui se veut 'non fixe' associe une turbine à une masse de béton sensée être relevable. Mais l'ensemble turbine de 500 kwh pèse 840 tonnes, 2 99564 1 2 alors qu'une 'aile' de conception Kerckove, qui est prévue à terme pour 4 fois 500 kwh soit 2000 kwh, ne pèsera que 70 tonnes. On est devant une incohérence (voulue ou pas). Les problèmes de maintenance vont être disproportionnés. 5 Le dispositif de l'invention est toujours sans concurrence Il peut se prévaloir d'être : polyvalent, universel, économique, industriel car capable d'être fabriqué par tous et d'être d'un retour sur investissement court. L'invention peut travailler en pélagique à toutes profondeurs. Cet appareil 10 pourra être équipé de moyens fixes ou mobiles permettant de régler sa flottaison et qui mettront l'axe des turbines en parallèle ou perpendiculaire suivant le type de turbines avec le courant, même si ce courant n'est pas rectiligne. Si ces moyens sont mobiles, leur asservissement sera piloté par microprocesseurs, (centrale d'assiette, GPS ou Galiléo, commandes de 15 niveaux de profondeur, etc.) Il convient de rappeler que la présente invention concerne un module destiné à récupérer l'énergie contenue dans les courants marins et fluviaux comportant : - au moins un flotteur ou aile hydrodynamique positionné 20 horizontalement - au moins une quille hydrodynamique, avec ballast indépendant (8), placée verticalement - au moins un générateur d'énergie comportant au moins une turbine de forme indéterminée 25 - au moins un câble ou orin arrimé à au moins un point d'accrochage sur le module et réuni en un seul orin fixé à un corps-mort (9) ou à un ancrage par pieu arasé permettant de positionner le module face au courant et dans un espace prédéterminé, le module est apte à être positionner sur un système d'accrochage appelé 'ensembles-supports ' 30 - caractérisé en ce qu'il comprend au moins une quille lestée assurant la stabilité du module, et que ledit générateur d'énergie est maintenu sous le flotteur par des supports de sorte que la hauteur (H2, fig.11), séparant l'extrémité de le quille équipée de son ballast de la ligne fictive (Z > Z1) soit au moins de 18% de la hauteur (H1) entre la face inférieure du flotteur 35 et une ligne fictive (Z > Z1) située à 50% de la hauteur de (H). L'équilibre de ce nouveau type de turbine, n'étant pas centré sur l'axe de celle-ci, nous prenons pour base d'équilibre, valable pour toutes les configurations, une ligne fictive (Z > Z1) située à une hauteur représentant la moitié de la hauteur (H, fig.11). Cette ligne fictive est donc variable suivant la 40 conformation du module, alternateur dans l'aile supérieure ou inférieure ou encore dans les quilles.
Suivant des variantes préférées mains non limitatives, pouvant être cumulatives ou alternatives le module est tel que : la hauteur séparant le centre d'inertie de la quille et l'extrémité de cette quille équipée de son flotteur, soit au moins de 18% de la hauteur représentée par la distance entre la face inférieure du flotteur et l'axe fictif (Z >Z1), la quille est décalée par rapport à l'axe du générateur d'énergie que cet axe soit réel ou fictif, dans le cas des turbines à axe horizontal, - la quille peut être, suivant le type de turbines, disposée de façon perpendiculaire ou parallèle aux pales de la turbine, la quille comporte à son extrémité libre un ballast pouvant recevoir un volume d'eau variable, ou du lest solide tel que sable ou plomb, et ou de l'air pour être utilisé tant comme flotteur, - comportant une pluralité de générateurs d'énergie placés en un ou plusieurs rangs horizontaux superposés, - comportant une pluralité d'orins fixés à des points d'attache répartis sur l'ensemble du module et réunis en un seul orin principal permettant l'ancrage du module, l'orin principal est fixé à un corps-mort ou à un pieu battu dans le fond et arasé, par une liaison configurée pour permettre la rotation de l'orin principal par rapport au corps-mort ou au pieu arasé, l'orin principal de raccordement peut être relié à des ensembles formés de câbles et de bouées appelés 'ensembles-supports' configurés à partir d'une bouée spécifique, permettant de positionner lesdits modules dans un courant à une profondeur prédéterminée, et en nombre illimité, - la bouée reliant les ensembles-supports comporte un alternateur auxiliaire et des moyens de navigation asservis par une centrale comportant au moins un profondimètre, et permettant de maintenir lesdits ensembles-supports à une profondeur pré déterminée, - la quille comprend au moins un gouvernail de profondeur configuré pour faire varier la profondeur du module, - le flotteur principal comprend au moins au moins un gouvernail de profondeur, comprenant des moyens de modification de la longueur des orins, le nouveau générateur d'énergie est à axe horizontal et à effet `Venturi', généré par la forme spécifique de l'aile et d'une traverse ou aile secondaire. 2 99564 1 4 L'invention concerne également un générateur d'énergie hydrocinétique caractérisé en ce qu'il comprend des palets spécifiques tournant entre deux plateaux tournant eux mêmes autour d'un axe entraînant un alternateur, soit directement en bout d'arbre soit par l'intermédiaire d'une transmission. 5 Suivant des variantes préférées mais non limitatives, pouvant être cumulatives ou alternatives, le générateur est tel que: les palets subissent dès qu'ils dépassent le point m, un courant accéléré, prenant à plein ce flux avant que celui-ci ne soit repris partiellement par des diffuseurs, soulageant la remontée des 10 palets dans la cloche d'air lorsqu'ils viennent lécher la paroi de l'aile supérieure, et favorisant la remontée des dits palets comprenant au moins deux palets, mais de façon préférentielle 3 ou 5 palets qui vont suivre un parcours les obligeant à se retourner, soit en échappant au point m dès que celui-ci sera 15 dépassé, par retournement automatique, ou par un retournement préalable par une butée fixe l'axe de rotation des palets étant décalé par rapport à l'axe principal du dit palet ce qui les fait travailler comme un spinnaker. La face opposée à la face portant l'axe de rotation 20 ayant un angle supérieur à 190°, chaque extrémité du dit palet portant un joint tournant d'énergie. la turbine est à axe horizontal ou vertical et l'aile est apte à être positionnée horizontalement en position supérieure ou inférieure et la traverse faisant de même en position inférieure ou 25 supérieure, ou être positionnée verticalement, devenant la quille, une aile peut être soit aile supérieure ou inférieure et si l'aile principale devient quille, l'aile secondaire devient diffuseur. Figures : Fig. 1 positionnement du module en pélagique, 30 Fig. 2 diverses coupes de situation des turbines, dans l'aile supérieure, dans l'aile inférieure ou traverse, dans les quilles, Fig. 3 et 4 module avec ou sans traverse basse, Fig. 5, 6, 7, 8, divers positionnements horizontaux et verticaux des axes de turbines, 35 Fig. 9 et 10, turbines superposées en fermes verticales, Fig.11, axes réels ou fictifs, Fig.12, 13, 14, nouvelle turbine, Fig.15, ensemble-support, Fig.16, bouée de liaison pour ensemble-support. 40 Développement Seule l'apparition de sociétés issues de l'offshore, capables de battre des pieux au fond de la mer (10) et ensuite de les araser au ras du fond, font évoluer favorablement l'ancrage qui était seulement prévu avec des 'corps morts'(9). Les deux techniques pourront donc cohabiter. Les turbines L'essentiel de la différence de cette demande de brevet se situe au niveau de la capacité du module à être équipée de turbines intégrées de nouvelle génération, en plus des turbines à pales traditionnelles. Ces nouvelles ailes pourront accueillir des turbines à axe horizontal (fig.5), ainsi que des turbines à axe vertical (fig.9). L'avantage de cette technologie est d'accepter tous types et toutes tailles de turbines, de fabrication et de marques différentes. Ces turbines pourront être uniques, mais le plus souvent par deux ou par quatre. Elles pourront être rassemblées en véritable 'fermes' verticales, sans limites de taille et de nombre (fig. 9 et fig. 10). Il suffira de dimensionner ailes et quilles et d'augmenter leur taille pour avoir le nombre de turbines que l'on désire y loger. On peut ainsi trouver tous les cas de figures (fig.11) Nous pourrons mettre ainsi des turbines : - à axe horizontal à pales et alternateur horizontal central (fig. 7) - à axe horizontal et alternateur extérieur dans les quilles (fig. 5) - à axe vertical et alternateur en position supérieure dans l'aile supérieure (fig. 8) - à axe vertical et alternateur dans la traverse, en position basse, (fig. 6) - à axe horizontal ou vertical et transmission de force par câble, cardan, flexible, - a axe vertical et alternateur tète bêche (fig. 9) et (fig. 10), et tous types de générateurs que l'on pourrait inventer, tant la polyvalence est grande. Mais ces modules ou ensembles de modules sont aussi destinés à être équipés d'une turbine Kerckove à axe horizontal, et à effet Venturi (fig12, fig. 14, et fig. détail 13). C'est une turbine intégrée. L'entrée de cette turbine est formée par les ailes primaires (a) et secondaires (b) placées entre les quilles, parties fixes du module de récupération, qui par leur forme d'entonnoir, donnent de la vitesse au courant (n) par effet Venturi. Elle comporte en aile (a) (fig. 12 et 14) un vide en cloche (e) qui facilite le retour des palets. La partie motrice est formée de deux plateaux circulaires (g) tournant sur leur axe (p) et entre lesquels viennent se loger au moins deux palets spécifiques, les nombres de 3 et 5 étant préférés, de longueur indéterminée et adaptées à la puissance de l'alternateur qu'elles sont chargées d'entraîner. Ces palets spécifiques (détail C, fig. 13), (angle de 190° minimum (j), prises entre les deux plateaux circulaires (g) et tournant elles mêmes sur un axe décalé (o, o' fig.13) travaillent comme des spinnakers et portent à leur bord un joint tournant de contact (f et f ). Ces palets (fig. 13) ont une face (h) qui peut, selon les courants à récupérer, être plate, concave ou convexe.
En tournant et dépassant le point fixe (m) de l'aile (a, fig.12 et 14) les palets subissent progressivement le courant (n), jusqu'à être totalement sous l'influence de ce courant en échappant à (m). Progressivement ils se mettent en position perpendiculaire au courant, dépassant les diffuseurs Q, et en approchant de (k), partie en cloche, vide d'eau, ils viennent lécher en (1), l'aile principale mettant les palets (c) dans une position d'abri et facilitant la rotation. Des déflecteurs Q,Q1,Q2,Q3, forment diffuseurs et accélèrent le flux de sortie du courant originel (n) et augmentent la dépression permettant une rotation accélérée. L'axe (P) sert dans sa prolongation à entraîner un alternateur à aimants permanents en prise directe, mais on peut aussi penser à tous types d'alternateurs, ainsi qu'à tous types de transmissions mécaniques ou hydrauliques si l'on veut déplacer l'alternateur à d'autres endroits, pour des besoins de confort ou d'équilibre. Cette turbine a aussi l'avantage : - de pouvoir être utilisée de façon verticale, l'aile (a, fig.12) devenant quille, et l'aile (b) devenant déflecteur, l'ensemble étant placé sous une autre aile horizontale. - mais elle peut aussi d'être totalement inversée, c'est-à-dire que l'aile (b) peut devenir aile supérieure et l'aile (a) devenir aile inférieure. Cette turbine Kerckove a surtout l'avantage de supprimer le maître couple des turbines rotatives traditionnelles à pales. L'énergie produite par ces ensembles sera évacuée vers son lieu d'utilisation, par des moyens habituels. Un bon exemple est le site Européen EMEC au nord de l'Ecosse ou une installation existe, et il en existe une autre à Corwall South West UK. Le courant produit sort par le dessous du module et rejoint les prises de courant placées au fond de la mer et rejoignant ensuite un poste de transformation. Les modules pourront travailler individuellement, ou être regroupés en ensembles verticaux (fig. 9 et fig. 10), mais leur vocation est d'être regroupés en 'fermes' constituées de dizaines, centaines ou milliers de modules. Ceux-ci pourront être installés sur un ou plusieurs étages (ou strates) permettant par l'intermédiaire de nappes appelées 'ensembles-supports' (10/11, fig.15), qui seront ancrés sur le fond de la mer et Se positionnant de façon horizontale (parallèle à la surface), de recevoir l'accrochage des dits modules par des bouées spécifiques lestées (11/11, fig. 16). Ces 'ensembles-supports' positionnés en pélagique, permettront d'exploiter dans le futur, toute la largeur et toute la profondeur d'un courant marin, sur toute sa longueur intéressante, tout en étant invisibles. Ces ensembles-supports sont constitués de câbles, mais peuvent comporter des entretoises rigides. Ils comporteront des bouées de soutient (t), des 2 99564 1 7 planches d'écartement (r) ressemblant à des planches de chalut, ainsi que les bouées (fig. 16) de fixation (a, fig. 15). Ces bouées de fixation portant à leur périphérie des points d'attaches (w), seront équipées d'un alternateur auxiliaire (x) chargé d'alimenter la motricité et l'asservissement des gouvernails de profondeur (y). Une tète d'attache (s) comportant en son centre un contacteur tournant (u) qui vient récupérer l'énergie produite par les alternateurs du module, énergie qui est transportée par le câble (11) courant le long de l'orin (4). Cette énergie produite est ensuite dirigée en (11) et va rejoindre le poste de transformation par l'intermédiaire des prises de courant placées dans le fond de la mer. Au milieu d'ensembles-supports installés loin des cotes, et pour éviter une perte en ligne de l'énergie produite, il pourra être installé des usines flottantes de transformation de l'énergie fabriquée (par exemple de l'hydrogène) Ces usines utiliseront les plages ou l'énergie produite n'est pas consommée, pour produire de l'hydrogène à vil prix. La seule limitation actuelle à la production d'hydrogène est que sa production coûte plus cher que son prix de vente. Moyens industriels à la mise en route de série : - équipement en chaudronnerie lourde. - fabrication ou achat des alternateurs. - moyens maritimes Le problème concernant l'implantation de fermes maritimes semble avoir évolué favorablement depuis le dépôt du Brevet 10 00513, et c'est tant 25 mieux. Il est certain que cette Invention va apporter beaucoup d'heures de travail à qui la développera, et sur de nombreuses années. REFERENCES Feuilles de dessins 30 1/11 aile en position de travail pélagique 2/11 coupes, aile supérieure, traverse ou aile inférieure, ballast 3/11 modules avec ou sans traverse basse 4/11 alternateur placés en haut, en bas dans les quilles ou central 5/11 turbines tète-bèche, petite ferme verticale 35 6/11 ferme verticale tète-bèche 7/11 centres d'équilibre et de gravité, réels et fictifs 8/11 nouvelle turbine à retournement automatique des palets 9/11 nouvelle turbine à retournement des palets par butée et détail palets 10/11 ensemble-support 40 11/11 bouée de liaison ensemble-support 1- fig.1, aile supérieure 2- fig-1, quille(s) 2 9 9 5 6 4 1 8 3- fig.5, fig.6, fig.7, fig.8, traverse basse ou aile basse 4- fig.1 câble d'arrimage ou orin 5- fig.1 câbles secondaires, reliant le module à l'orin principal 6- fig.1, fig2, fig.3, fig.7, alternateur 5 7- fig.3,4,5,6, palets nouvelle turbine 8- fig.1 ballast 9- fig.15, corps-mort 10-fig. 1 et fig.15 fixation arasées au fond de la mer 11-fig.1 et 16, câbles de l'énergie récupérée 10 12-fig.1, gouvernail de profondeur des quilles 13-fig.1, gouvernail de profondeur d'aile a- fig.12 et 14, aile supérieure turbine intégrée b- fig.12 et 14, aile inférieure turbine intégrée 15 c- fig.14 palet et détail palet nouvelle turbine d- fig.14 butée de retournement e- fig.12 et 14, cloche d'air f- et f' fig.13, joints tournants des palets g fig.12 et 14, plateaux tournants, porte palets 20 h- fig.13 face du palet coté axe de fixation i- fig.11 centrage turbine à axe vertical j- fig.13, angle mini 190° face opposée à (h) k- fig.12 et 14, angle arrière de la cloche d'air 1- fig.12 et 14 tôle formant la cloche d'air 25 m-fig.12 et 14, angle avant de la cloche d'air n- fig.12 et 14, courant d'eau o- fig.13, axe de rotation des palets o'-fig.13, décalage de l'axe des palets produisant l'effet spinnaker p- fig.12 et 14, axe des plateaux supports de palets 30 q, ql, q2, q3- déflecteurs d'accélération du courant d'eau r- fig.15, planches d'écartement, type planches de chalut s- fig.16, tète d'attache des orins de modules t- fig.15, bouée annexe de sustentation u- fig.16 contact électrique tournant 35 fig.16, gouvernail de profondeur de la bouée w-fig.16, anneaux d'attache des câbles des ensembles-supports x- fig.16, alternateur complémentaire de bouée y- fig.16, collier d'attache de l'orin Z >Z'- fig.11 axe fictif de calcul de stabilité 40