FR2999244A1 - Generateur hydraulique a convoyeurs, notamment generateur d'electricite, a haute densite energetique, pour eaux libres ou a faible pente. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un système de récupération de l'énergie hydraulique au fil de l'eau entrainant un convoyeur en un circuit sans fin autour d'au moins deux arbres horizontaux. Selon l'invention, ce système est implanté dans une position où l'axe de traction est incliné par rapport au courant, voire lui est perpendiculaire. Le système présente ainsi directement au flux d'eau au moins une partie de la largeur de tous les éléments récepteurs situés dans la partie motrice du circuit. Grâce à l'invention, les pales ont l'avantage de pouvoir être très rapprochées les unes des autres. Chaque pale comprend au moins deux palettes rigides semi-rigides ou souples articulées chacune autour d'un axe de pivotement. En particulier, ces palettes sont agencées de façon à se déployer à la verticale dans la partie motrice du courant, et contourner les arbres horizontaux du convoyeur soit en se repliant l'une sur l'autre soit en s'effaçant devant les arbres. Selon l'invention, les pales peuvent aussi être fixées en diagonale entre les convoyeurs, l'angle de la machine pouvant alors s'éloigner encore de l'axe du courant, par exemple jusqu'à lui être perpendiculaire, et capter une plus grande largeur de flux.

Description

- 1 - « Générateur hydraulique à convoyeurs, notamment générateur d'électricité, à haute densité énergétique, pour eaux libres ou à faible pente » L'invention concerne un système de récupération de l'énergie hydraulique au fil de l'eau entrainant un convoyeur en un circuit sans fin autour d'au moins deux arbres horizontaux. Selon l'invention, ce système est implanté dans une position où l'axe de traction est incliné par rapport au courant, voire lui est perpendiculaire. Le système présente ainsi directement au flux d'eau au moins une partie de la largeur de tous les éléments récepteurs situés dans la partie motrice du circuit. Grâce à l'invention, les pales ont l'avantage de pouvoir d'être très rapprochées les unes des autres. Chaque pale comprend au moins deux palettes rigides semi-rigides ou souples articulées chacune autour d'un axe 15 de pivotement. En particulier, ces palettes sont agencées de façon à : - en amont de la partie active de la machine, se déployer dans le prolongement l'une et l'autre, à la verticale dans la partie motrice du courant ; 20 en aval de la partie active de la machine, changer de direction et contourner les arbres horizontaux du convoyeur, soit en se repliant l'une sur l'autre (version à palettes repliables) soit en s'effaçant devant les arbres (version à palettes escamotables) et pour ce faire se rapprocher l'une de l'autre jusqu'à une position dite repliée ou escamotée, et 25 permettre ou faciliter le passage des pales autour des arbres horizontaux. Elles peuvent être partiellement escamotées ou totalement rabattues l'une sur l'autre ; - transmettre l'effort mécanique sur le convoyeur de façon symétrique et équilibrée dans l'axe de traction, par l'action de tirants, souples ou 30 articulés ; - présenter au moins une surface continue, et sensiblement étanche, correspondant à la surface additionnée desdites palettes, le long de ladite partie motrice du circuit. - 2 - Selon l'invention, les pales peuvent aussi être fixées en diagonale entre les convoyeurs, l'angle de la machine pouvant alors s'éloigner encore de l'axe du courant, par exemple jusqu'à lui être perpendiculaire, et capter une plus grande largeur de flux.

Selon des particularités de l'invention, les pales sont fixées entre des chaînes, courroies ou câbles formant convoyeurs, lesquels sont refermés sur eux-mêmes et montés autour de deux à quatre roues dentées ou poulies. Les pales entraînées par le passage du courant actionnent le convoyeur et un ou plusieurs pignons ou poulies couplés par exemple à un ou plusieurs générateurs électriques. Etat de la technique Parmi les machines utilisées pour produire de l'énergie à partir d'un flux d'eau, l'une des architectures connues depuis longtemps consiste à lui faire entraîner en rotation, autour d'un axe transversal au courant, un ensemble mobile portant une série de pales ou d'augets, disposés eux aussi en travers du courant. La rotation de cet ensemble mobile fournit alors une énergie mécanique, qui a longtemps été utilisée directement pour entraîner un mécanisme, comme dans un moulin à eau. Depuis le XIX° siècle, elle est aussi utilisée pour entraîner une génératrice électrique. Souvent, et depuis très longtemps, un tel ensemble mobile présente la forme d'une roue circulaire tournant autour d'un axe horizontal et perpendiculaire au courant, disposé dans un canal étroit alimenté par une retenue d'eau présentant une certaine hauteur de chute.

Ce type de machine est particulièrement adapté aux sites présentant une faible dénivellation, dont l'aménagement ne permet d'obtenir qu'une hauteur de chute, typiquement inférieure ou égale à 10 mètres. Pour ces sites, d'autres architectures comme les turbines dans l'axe du courant sont souvent moins intéressantes, par exemple car elles sont coûteuses et nécessitent des travaux de génie civil d'aménagement importants. Parmi les machines à axe transversal au courant, une autre solution souvent proposée est de fixer des pales planes sur un convoyeur flexible, par exemple une ou plusieurs chaînes, qui est tendu et tourne en un circuit fermé autour de plusieurs arbres d'axes perpendiculaires au courant et - 3 - parallèles entre eux, souvent dans un même plan horizontal. Cette disposition permet en particulier de diminuer l'encombrement vertical. Ce convoyeur se déplace alors sur un trajet parallèle au courant qui comprend d'une part une partie motrice ou de travail où les pales reçoivent l'énergie hydraulique, et d'autre part une partie retour située en dehors de l'eau. Sur la partie motrice, les pales entraînent le convoyeur qui entraîne une roue fixée à l'un des arbres, lequel restitue l'énergie mécanique sous forme de rotation. De nombreux documents, comme par exemple JP55128671, U51443845 et U51667634, proposent des pales mobiles par rapport au convoyeur, autour d'un pivot parallèle aux arbres et reliant entre eux le convoyeur et le bord de la pale situé le plus à l'intérieur du circuit fermé. Les pales peuvent alors se replier dans le plan du convoyeur sur la partie retour du trajet, ce qui diminue l'encombrement et peut diminuer la résistance au déplacement dans cette partie du trajet. Bien que ce type d'architecture soit connu depuis longtemps, il est peu employé et demanderait à être amélioré. En particulier, le rendement obtenu gagnerait à être amélioré, et varie notablement en fonction du type d'implantation. Par exemple en fonction de la place disponible sous la retenue et autour de l'ouvrage, en particulier pour des hauteurs de chute très faibles telles que moins de 4 m, il peut être difficile de trouver la place pour implanter les éléments. Par ailleurs, les emplacements présentant une dénivellation permettant l'implantation d'une retenue sont en nombre limité, et une telle implantation représente des travaux non négligeables. Il a été proposé aussi de réaliser ce type de machine avec une partie motrice selon un trajet horizontal dans le flux d'eau, pour pouvoir l'implanter à n'importe quel emplacement du lit d'un cours d'eau, par exemple de façon flottante.

Ainsi, le document FR 2 970 525 décrit une installation comprenant deux câbles formant des convoyeurs décrivant un circuit fermé autour de deux arbres horizontaux perpendiculaires au courant. Entre ces deux câbles et parallèlement aux arbres sont fixées des barres transversales. A partir de chacune de ces barres se déploie une voilure de type parachute munie d'un -4 orifice d'échappement. En arrivant dans l'eau au début du trajet moteur, cette voilure se déploie vers le haut par un flotteur et vers le bas par un lest. Le flux d'eau arrivant face à l'arbre amont gonfle et entraîne les voilures vers l'aval, entraînant ainsi les câbles et donc les arbres.

Ce type de système est encore récent et peu utilisé, et il serait par exemple intéressant d'augmenter la quantité d'énergie qui peut être récupérée à partir du flux. Un but de l'invention est de conserver ou améliorer le plus possible les qualités propres à ce type d'architecture à convoyeur tout en améliorant certains points, et en particulier : les performances de rendement et de capacité maximale pouvant être installée, les qualités de versatilité selon les sites, en particulier vis-à-vis des contraintes d'installation et d'exploitation et portant par exemple sur l'encombrement, l'esthétique, les interférences vis-à-vis de la faune, et la simplicité, la standardisation et le coût de fabrication et d'installation et d'exploitation. Exposé de l'invention L'invention propose un système de récupération de l'énergie hydraulique d'un flux d'eau offrant une pente faible ou nulle, par exemple le long du cours d'eau naturel ou possiblement dans le cadre d'une retenue de faible hauteur de chute, par exemple de moins de 4 m. Ce système est du type comprenant une succession d'éléments récepteurs, dits pales, aptes à capter l'énergie potentielle et/ou cinétique de l'eau pour entraîner un ou plusieurs éléments flexibles dit convoyeurs en un circuit sans fin autour d'au moins un premier arbre amont et un deuxième arbre aval, qui est parallèle audit arbre amont et situé en aval de celui-ci. Selon un premier mode de réalisation, ces deux arbres forment un angle non nul avec la direction du flux d'eau, et sont typiquement parallèles au plan du flux d'eau, c'est-à-dire le plus souvent horizontaux. Selon un deuxième mode de réalisation, la direction des convoyeurs fasse avec le flux d'eau un angle d'incidence déterminé pour que le flux d'eau présente avec la corde ou l'axe de pivot des pales un angle d'attaque entre 25° et 60°, et notamment un angle d'incidence entre 80° et 100°. Ce circuit comprend au moins d'une part une - 5 - partie dite motrice dans laquelle lesdits éléments récepteurs sont immergés et entraînés vers l'aval par le flux d'eau et d'autre part une partie dite retour dans laquelle lesdits éléments récepteurs sont ramenés vers l'amont. Typiquement, la partie motrice est la partie inférieure du circuit, tandis que la partie retour comprend la partie supérieure du circuit, et l'une des parties de liaison entre le haut et le bas peut aussi être utilisée comme partie motrice, par exemple celle située en amont. Il peut aussi être envisagé d'autres configurations dans lesquelles la partie supérieure serait motrice et le retour se ferait dans la partie inférieure, par exemple dans le cas d'un système déposé voire encastré au fond de l'eau. Selon l'invention, le système est agencé pour que le trajet des éléments récepteurs présente une direction formant un angle non nul avec la direction du courant, au moins dans la partie motrice, présentant ainsi directement au flux d'eau au moins une partie de la largeur d'une pluralité d'éléments récepteurs.

Par exemple, la direction de circulation des convoyeurs fait avec la direction du flux d'eau un angle compris entre 85° et 30°, voire entre 80° et 40°. Chaque élément récepteur reçoit ainsi une partie « individuelle » du flux d'eau par son extrémité située du côté amont, c'est-à-dire du côté d'où provient le courant. Ce flux individuel circule le long de la surface de l'élément récepteur tout en continuant à lui transmettre son énergie cinétique selon une composante dans l'axe des convoyeurs. Ce flux individuel, dans sa majorité, quitte l'élément récepteur par son extrémité opposée, c'est-à-dire située du côté aval, c'est-à-dire du côté vers où s'écoule le courant. Ainsi, les différents flux individuels reçus par les différents éléments récepteurs sont en outre quasiment parallèles entre eux, ce qui permet des écoulements plus laminaires et crée entre eux beaucoup moins de turbulences que dans la situation de l'état de la technique où tous les éléments récepteurs font face à la direction du courant. Du fait de cette inclinaison de la direction de circulation du convoyeur par rapport au courant, tous les éléments récepteurs ont un côté amont qui reçoit le flux directement, sans être masqué par les autres éléments récepteurs situés plus en amont sur le convoyeur, par rapport au courant ou par rapport au sens du déplacement moteur. Ce résultat est ainsi obtenu même dans un cours d'eau ne comprenant pas d'aménagement de déviation - 6 - du flux, ce qui simplifie l'installation et/ou en augmente le rendement obtenu. Selon un premier mode de réalisation, les pales sont implantées perpendiculaires aux convoyeurs, et la machine est implantée de façon oblique par rapport au courant, c'est-à-dire que les convoyeurs font un angle non nul avec le courant, ce qui permet d'exposer chacune de ses pales au courant. Selon un deuxième mode de réalisation, les pales sont implantées de façon oblique par rapport aux convoyeurs. L'angle des convoyeurs avec le courant peut alors être encore augmenté, par exemple jusqu'à 900, ce qui permet d'augmenter encore la section de flux captée par chaque unité de longueur du convoyeur. Les pales peuvent ainsi capter plus de flux, ou il est possible de rapprocher les pales et ainsi d'augmenter la surface totale de captage.

Etant donné que tous les éléments reçoivent directement le flux, il est ainsi possible de réaliser une machine beaucoup plus longue que dans les architectures connues, dans lesquelles les premières pales masquent les suivantes et leur font perdre une grande partie de leur efficacité. Il est ainsi possible d'augmenter la puissance installée en allongeant la machine, en perdant beaucoup moins de rendement. Il est par exemple envisageable d'occuper la totalité de la largeur d'un cours d'eau, avec une machine dont la longueur représentera par exemple 1,4 fois la largeur du cours d'eau dans le cas d'une inclinaison du convoyeur de 45°. Il est à noter qu'un tel mécanisme ne représente pas de gêne pour la faune aquatique entre l'amont et l'aval, puisque l'écartement des pales permet tout à fait le passage entre elles et que leur vitesse ne présente pas de danger lors de cette traversée. L'axe du convoyeur est ajusté selon un angle oblique par rapport à la direction du courant, qui est déterminé en fonction des caractéristiques du cours d'eau, par exemple profondeur, débit, étiage, statistiques de variations, etc. Ainsi, les pales se présentent au courant sous une incidence qui favorise le captage d'énergie, et qui permet des les implanter de façon beaucoup plus rapprochée, puisqu'elles se perturbent moins entre elles. On augmente ainsi le nombre de pales et la surface active pour une même - 7 - dimension de convoyeur, ce qui améliore la compacité de la machine et donc sa densité énergétique. Selon une particularité, les éléments récepteurs sont disposés le long des convoyeurs avec un écartement représentant entre 0,2 et 1 fois la longueur de leur dimension, dite corde, définie par la distance entre le bord d'attaque sur lequel le flux vient en contact avec un élément récepteur et le bord de fuite par lequel le flux quitte le même élément récepteur, par exemple prise dans le plan des arbres. Selon d'autres particularités, pouvant être combinées entre elles de différentes façons : Les palettes sont repliables ou escamotables pour favoriser le contournement des arbres horizontaux et minorer les pertes de rendement et l'usure par frottement. Les palettes intérieures sont plus légères que l'eau et les palettes extérieures sont plus lourdes que l'eau. Les palettes sont munies de bords d'attaque et de bord de fuite profilés, et la surface des palettes est constituée de matériaux rigides, semi-rigides ou souples de façon à conserver au mieux un écoulement laminaire du courant et à réduire au mieux les turbulences néfastes au rendement. Ils peuvent être renforcés pour supporter l'abrasion des eaux chargées. Les palettes transmettent les efforts audit convoyeur par l'intermédiaire des axes pivots et des tirants souples ou articulés. Le système de transmission est guidé sur un support rigide, et un 25 système de galets permet de réduire les frottements mécaniques néfastes au rendement énergétique de la machine. La machine comporte des ballasts et un système de compresseur d'air et de vannes pour permettre son installation et faciliter sa maintenance à la surface du cours d'eau. 30 La machine est dotée d'un système de détecteur et d'alerte d'atteinte des seuils de dangerosité, par exemple en vitesse ou en efforts, pour garantir la sécurité des riverains et des utilisateurs ainsi que son intégrité. La machine est dotée d'un côté ou des deux de déviateurs de flux qui concentrent le courant et accélèrent sa vitesse par effet venturi. Lesdits - 8 - déviateurs sont constitués de surfaces continues, par exemple solidaires du châssis ou rapportées ultérieurement sur le lit du cours d'eau. La machine est pourvue en amont d'un dispositif adapté de déroutement des corps morts, pour empêcher leur intrusion dans la machine. Les matériaux envisagés permettent d'envisager des machines de 100 à 200 kW pour une longueur de 12 à 15 mètres, une largeur de 4 à 5 mètres, une hauteur de 3 à 4 mètres et une masse de 15 tonnes environ. La machine est simple à fabriquer, par exemple en assemblage de type mécano soudé, et réalisable à partir d'éléments industriels courants. Elle est aussi simple à installer et à exploiter et sans empreinte permanente sur l'environnement. Bien que l'application la plus classique consiste à récupérer l'énergie sous forme électrique, par exemple par un alternateur, l'invention peut tout à fait restituer son énergie sous d'autres formes, par exemple en entraînant un générateur de pression hydraulique ou tout autre mécanisme. Des modes de réalisation variés de l'invention sont prévus, Intégrant les différentes caractéristiques optionnelles exposées ici selon l'ensemble de leurs combinaisons possibles.

Liste des figures D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée d'un mode de mise en oeuvre nullement limitatif, et des dessins annexés, qui ne sot pas à l'échelle, sur lesquels : - les FIGURE 1 et FIGURE 2 sont des schémas illustrant un système selon l'invention dans un premier exemple de mode de réalisation, à circuit rectangulaire formé par un arbre et deux demi-arbres en amont du circuit de la machine et deux arbres en aval du circuit de la machine, avec pales complètement rabattables formées de palettes repliables, respectivement en coupe horizontale au niveau de l'eau en vue de dessus, et en coupe de côté ; - les FIGURE 3, FIGURES 4a et b sont des schémas illustrant la mise en place d'un système selon l'invention dans un mode de réalisation avec - 9 - flottaison puis dépôt sur le fond en oblique par rapport au courant et avec concentration par gabions, o FIGURE 3 : en vue de dessus dans deux positions, - FIGURE 4a et FIGURE 4b : en vue en coupe parallèles aux arbres, en position de flottaison et déposé sur le fond ; la FIGURE 5 est un schéma en coupe de côté illustrant un système selon l'invention dans un deuxième exemple de mode de réalisation, dans lequel les pales sont formées par deux palettes escamotables partiellement par déformation d'un élément de rappel élastique, o FIGURE 5a : en vue de détail dans une configuration à bloc deformable, et o FIGURE 5b : en vue de détail dans une variante à ressort à spires jointives ; les FIGURE 6a à FIGURE 6c sont des schémas partiels en vue de dessus d'une pale en position ouverte, dans différentes variantes respectivement, o en FIGURE 6a : avec palettes rigides planes, - FIGURE 6b : avec palettes rigides, semi rigides ou souples, galbées et profil à double surface, et o FIGURE 6c : avec palettes rigides, semi rigides ou souples à simple surface et gousset de bord d'attaque ; la FIGURE 7 est un schéma partiel en vue de face illustrant une pale formée de deux palettes rigides avec rappel élastique par ressort à spires jointives ; les FIGURE 8 et FIGURE 9 sont des détails partiels représentant en vue de dessus et respectivement en vue de face les deux extrémités d'une palette extérieure à double surface et illustrant un guidage par galets sur rail rigide le long des convoyeurs de tractions dans la partie motrice du trajet des pales ; la FIGURE 10 est un schéma en vue de dessus dans deux positions, illustrant la mise en place d'un système selon l'invention dans un deuxième exemple de mode de réalisation dans lequel les pales ne sont pas perpendiculaires aux convoyeurs, avec flottaison en pointillé - 10 - puis dépôt sur le fond perpendiculairement au courant, et avec concentration par gabions ; les FIGURE 11a à FIGURE 11d illustre des particularités du deuxième exemple de mode de réalisation, avec : o en FIGURE 11a et FIGURE 11b : en vue de face et vue de dessus, une pale formée de deux palettes avec éléments de rappel élastique, et o en FIGURE 11c et FIGURE 11d : en vue de face et vue de dessus, un détail des éléments de fixation de l'axe de pivot sur un des convoyeurs. Description détaillée L'invention propose un système de récupération de l'énergie hydraulique d'un flux d'eau offrant du courant 99, même pour un dénivelé faible ou nul, sans travaux de génie civil permanent. Premier mode de réalisation L'invention, en position active comme illustré en FIGURE 1 et FIGURE 3 pour la position en trait plein, n'est pas parallèle au courant 99 contrairement à ce qui est proposé dans l'état de la technique, mais présente un angle d'incidence B1 avec la direction du courant, qui peut être choisi en fonction de la vitesse et/ou de l'énergie du courant. Comme illustré en FIGURE 2, cette machine 1 comporte une succession d'éléments moteurs, dits pales 13, aptes à capter l'énergie cinétique et/ou potentielle de l'eau, et qui circulent sans fin sur un convoyeur 12 autour de pignons 111, 112, 113, 114 ou poulies en rotation sur au moins un premier arbre dit amont A111, horizontal et un deuxième arbre dit aval A112, qui est parallèle audit arbre amont et situé en aval. Ce convoyeur fournit ainsi une énergie mécanique, par exemple par l'intermédiaire d'un pignon 113 entraînant un alternateur 19 sur l'un A113 des arbres. L'arbre amont A111 peut-être constitué de deux demi-arbres pour libérer entre eux le passage des palettes intérieures 132, sans nécessiter un diamètre de pignon ou poulie supérieur à l'encombrement des palettes. Le ou les arbres aval A112 ou A113 assurent la liaison mécanique - 11 - nécessaire au maintien du parallélisme des pales entre elles. Ce circuit comprend : d'une part une partie inférieure dite motrice M12 qui est sensiblement parallèle au fond 98 du cours d'eau et dans laquelle les pales 13 sont dans une position dite déployée qui leur permet d'être entraînées par ledit flux d'eau 99 ; et d'autre part une partie supérieure dite retour dans laquelle les palettes sont par construction dans une position dite repliée où elles dépassent moins du convoyeur que dans leur position déployée.

Selon une particularité de l'invention, chaque pale comprend au moins deux palettes 131 et 132, qui peuvent être rigides ou semi-rigides ou souples, articulées chacune autour d'un axe pivot 133 qui est parallèle auxdits arbres A111, A112 et qui est solidaire du convoyeur 12, 12'. Comme illustré en FIGURE 2 et FIGURE 5, chaque pale 13 comprend deux palettes 131, 132 articulées chacune autour d'un pivot 133 d'axe parallèle aux arbres A111, A112, et qui est solidaire des convoyeurs 12, 12'. Ces palettes sont agencées pour pouvoir : d'une part s'écarter l'une de l'autre, vers l'intérieur du convoyeur pour l'une dite palette intérieure 132 et vers l'extérieur du convoyeur pour l'autre dite palette extérieure 131, jusqu'à une position déployée dans laquelle lesdites palettes intérieure 132 et extérieure 131 ferment tout espace entre elles et forment ainsi une pale 13 présentant au moins une surface continue et sensiblement étanche correspondant à la surface additionnée desdites palettes, qui leur permet d'être entraînées, selon la direction D1 le long de ladite partie motrice M12 du circuit, par la composante motrice 99M du flux d'eau 99, c'est-à-dire la composante qui est parallèle au convoyeur ; et d'autre part se rapprocher l'une de l'autre jusqu'à une position repliée dans laquelle elles représentent un encombrement diminué le long de ladite partie retour du circuit, par exemple s'écartant d'un angle de moins de 45° voire 30° autour du trajet du convoyeur. Pour ce faire, selon une particularité optionnelle de l'invention, les palettes extérieures descendent par gravité sous l'effet de leur poids, et les palettes intérieures sont moins denses que l'eau et montent vers la surface - 12 - sous l'effet de la force d'Archimède provoquée par une fabrication en matériaux résistants mais de densité faible. Selon une particularité optionnelle, les forces de gravité et d'Archimède sont augmentées par l'action d'au moins un élément élastique, par exemple des ressorts à boudin à spires jointives 137b, 138b ou des blocs élastiques armés 137a, reliant les palettes 131, 132 à leur axe de pivot 133. Ces forces sont calculées pour favoriser le déploiement des palettes, sans pénaliser leurs changements de direction au niveau des arbres horizontaux.

Selon une autre particularité optionnelle, une partie mobile de chaque palette est reliée au convoyeur ou de préférence à l'axe pivot 133 de la pale précédente par des éléments mobiles, par exemple des élingues souples (135, 136) ou des éléments articulés formant un tirant entre le convoyeur 12 et le bord opposé à l'axe pivot de chacune desdites palettes. On obtient ainsi une limitation du débattement par un mécanisme simple, fiable, économique et peu encombrant permettant de maintenir les palettes 131, 132 en position perpendiculaire au convoyeur. Dans la partie active M12 les tirants transmettent également une part de l'effort mécanique au convoyeur de façon symétrique et équilibrée dans l'axe de traction, l'autre part de l'effort mécanique étant transmise par la liaison de axes pivots 133 sur le convoyeur 12 également dans l'axe de traction pour améliorer le rendement et la fiabilité et minorer l'usure. Exemples de spécificités de l'invention En combinaison avec son positionnement en oblique B1 par rapport à la direction du courant 99, l'invention comporte en particulier les spécificités suivantes, présentées ici dans un ordre sans rapport avec leur importance, pouvant être mises en oeuvre indépendamment les unes des autres : Premièrement : Dans la partie immergée du circuit, le convoyeur 12 du côté amont, et de préférence aussi celui 12' côté aval, présente un 30 dispositif 102, 102' de guidage latéral de la position des éléments récepteurs 13, au moins sur la partie motrice M12 de leur trajet. Comme illustré en FIGURE 8, il peut s'agir par exemple de galets 130 circulant sur ou dans un rail rigide 102, 102' qui est solidaire du châssis 10. - 13 - Les axes pivots 133 supportant les pales 13 peuvent en outre être dotés de galets de roulement. Ces galets circulent dans leur trajet de travail et s'appuient contre les dits rails de façon à être guidés et à absorber l'essentiel des frottements dus à la composante latérale 99N de la force hydrodynamique créée par la pression du flux 99 sur les pales, c'est-à-dire la composante 99N qui est normale à la direction D1 de déplacement des pales. Deuxièmement : Les palettes sont rigides, semi-rigides ou souples et dotées d'une géométrie et d'un profil qui optimisent le captage d'énergie.

Troisièmement : Les bords d'attaque 137, bords de fuite 138 et sections des pales sont profilés de façon à conserver au mieux un écoulement laminaire du courant et à réduire au mieux les turbulences néfastes au rendement. Ils peuvent être renforcés pour supporter l'abrasion des eaux chargées.

Plus particulièrement, les pales 13 peuvent comporter chacune un élément rigide formant un bord d'attaque qui reçoit le flux d'eau du côté amont. Comme illustré en FIGURE 6, FIGURE 7 e t FIGURE 8 il peut s'agir d'un bord d'attaque dit extérieur 1371 pour la palette extérieure 131 et « demi » d'un bord d'attaque dit intérieur 1372 pour la palette intérieure 132. De préférence, les pales 13 et palettes 131, 132 comportent aussi un élément rigide 1381 et 1382 similaire, formant un bord de fuite du côté aval. Ces bords d'attaque et bord de fuite rigides, et possiblement profilés, permettent une plus grande stabilité de la géométrie de la pale lorsqu'elle est soumise à la pression et à la vitesse du courant. Cela facilite ainsi l'écoulement laminaire de l'eau, ce qui est favorable à la douceur de fonctionnement et à la force induite par le courant, donc à la fiabilité et la puissance de la machine. De façon simple, comme illustré en FIGURE 6a, les pales 13a peuvent être rigides et plates. Cependant, de préférence, comme illustré en FIGURE 6b à FIGURE 6c, les pales 13 reçoivent une pression de la part du flux 99 sur au moins une surface, portée par une pale 13b, 13c ou une palette 131, 132, et qui est réalisée de façon à présenter une forme concave vis-à-vis du flux - 14 - reçu 99. Optionnellement, cette surface peut comporter un intrados 1321 et un extrados 1322 présentant des profils différents l'un de l'autre. Cette surface recevant la pression du flux peut être réalisée par exemple par des panneaux rigides ou élastiquement déformables. Il peut aussi s'agir d'éléments souples, par exemple des panneaux 1323 de tissu à voile, possiblement coupé pour prendre et conserver un creux, et par exemple avec un gousset 1324 entourant le bord d'attaque 1372 et possiblement le bord de fuite 1382. Quatrièmement : Les pales 13 sont très proches les unes des autres, leur écartement est compris entre 0,2 et 1 fois la valeur d'une corde C13, et le coefficient 'C' intervenant dans l'équation de Bernoulli est supérieur à 1. L'ensemble de ces éléments permet d'optimiser le compromis entre, d'une part, la force hydrodynamique induite par le courant sur les pales, et, d'autre part, les dimensions de la machine, et, au final, d'optimiser sa densité énergétique. Autres caractéristiques En plus de ces spécificités, et pouvant être combinées ou non entre elles et avec elles, d'autres caractéristiques sont prévues dont les différentes combinaisons améliorent les qualités et performances du système selon l'invention. Ainsi, selon une particularité, avantageuse, le système selon l'invention comprend une structure flottante comportant des ballasts 101 pour le flottage et l'immersion, et comprenant des parois 103 de guidage latéral et vertical du flux d'eau amont selon une trajectoire convergente vers la partie motrice M12 de la machine. Optionnellement, des ouvrages fixes tels que des gabions 91 et 92 constitués de galets dans des armatures grillagées immergés après ancrage et possiblement amovibles favorisent la concentration du courant vers la machine 1. Il est ainsi possible de faire converger une plus grande partie voire la totalité d'un cours d'eau d'une certaine largeur vers l'entrée du trajet moteur M12 d'un système présentant une faible dimension, et par exemple inférieure à celle du cours d'eau ou de la zone de courant. Une plus grande quantité d'énergie peut ainsi être captée, par exemple par augmentation de la vitesse à l'entrée par effet Venturi, en utilisant un dispositif possiblement - 2999244 - 15 - préfabriqué et/ou amovible nécessitant moins de travaux et ayant un moindre impact environnemental. De préférence, les arbres A111, A112, A113, A114 sont montés sur un châssis 10 qui comprend d'une paroi inférieure 101 rigide sensiblement 5 parallèle à la partie inférieure motrice M12 du trajet des convoyeurs 12, 12'. Cette paroi inférieure 101 est agencée pour venir reposer sur le fond 98 du cours d'eau lorsque le système 1 est déposé à son emplacement de fonctionnement. Cette paroi inférieure 101 forme alors le fond d'un canal d'écoulement artificiel parcouru par le flux d'eau 99 reçu et dans lequel 10 circulent les pales 13 dans la partie motrice M12 de leur trajet. Il est ainsi possible d'obtenir un positionnement le plus bas possible de la machine, y compris dans les cours d'eau peu profond, sans avoir à ajuster précisément la hauteur du châssis pour que les pales 13 soient bien immergées sans risquer de se bloquer sur le sol 98 et ses possibles 15 aspérités. Comme illustré en FIGURE 2 et FIGURES 4a et b, cette paroi peut présenter une entrée de forme convergente 103 qui augmente et/ou stabilise le flux à l'entrée. Cette paroi peut aussi être prévue sous une forme creuse qui peut être utilisée comme ballast pour régler la flottabilité de l'ensemble, par exemple à la mise en place ou pour extraire la machine 20 de son emplacement. Installation de la machine L'invention n'exploite pas seulement l'énergie d'un courant qui traverse une surface unique, comme dans le cas d'une hélice, mais l'énergie de tout un volume d'eau en mouvement dans la machine. 25 Elle est positionnée dans le cours d'eau selon un angle d'incidence B1 par rapport au courant, qui est défini pour optimiser les performances recherchées en fonction des caractéristiques du cours d'eau. La machine est fixée dans le cours d'eau par l'intermédiaire d'ancres 18 (tels que pieux ou masses) et de câbles de liaison. 30 La procédure d'installation peut être la suivante : la machine 1 est mise à l'eau dans un lieu propice, en amont du site d'ancrage ; - 16 - - flottant sur des ballasts 101 remplis d'air, elle est acheminée (remorque ou cabestans) positionnée et ancrée sur le lieu choisi, comme illustré en pointillés sur les FIGURE 3 et en FIGURE 4a ; - elle est mise en conditions mécaniques et électriques de fonctionnement ; - une vidange progressive de l'air des ballasts 101 et leur remplissage par l'eau fait descendre la machine jusqu'à ce qu'elle repose sur le fond, augmentant progressivement le flux 99 capté ; - la machine démarre progressivement au fur et à mesure jusqu'à la puissance nominale calculée : celle qui correspond à son appui sur le fond 98 du fleuve. - La machine est ancrée dans sa position d'exploitation, comme illustré par la position en trait plein en FIGURE 3 et en FIGURE 4b. - Optionnellement, des gabions sont déposés au fond pour concentrer le flux et/ou protéger la machine. Sécurité de fonctionnement Pour palier aux variations de débit et de vitesse excessive, un système de détecteurs de vitesse et/ou de niveau et/ou de turbidité, couplés à des cabestans et à des compresseurs permet de contrôler et de modifier, si nécessaire, son orientation B1, et/ou sa profondeur et/ou son inclinaison de façon à contrôler les paramètres de bon fonctionnement. Cette architecture permet une certaine simplicité du mécanisme, qui permet un coût peu élevé et une bonne fiabilité, et permet ainsi de mieux exploiter des sites de hauteur de chute ou dénivellation d'eau faible voire nulle. Les différents modes d'implantation procurent une bonne souplesse d'adaptation aux différentes configurations de sites, en minimisant les composants à réaliser sur-mesure, tout en conservant une telle optimisation du rendement. Un tel système peut être implanté sur des sites existants, en un 30 encombrement réduit, avec pas ou peu de travaux de génie civil pour l'adaptation du site, en canal horizontal ou en eaux libres. Il permet aussi de minimiser l'impact sur la faune, car les dimensions et la vitesse de déplacement des pales permettent aux espèces migratrices - 17 - comme aux sédentaires de franchir la machine, possiblement sans risque pour la faune et sans interrompre le fonctionnement du système. Ainsi, différentes versions au fil de l'eau peuvent être facilement déclinées en adaptant la géométrie de l'entrée d'eau et l'ancrage, par exemple dans des fleuves à faible pente mais à fort débit, ou dans les canaux d'irrigation ou de circulation. Des modes de réalisation variés de l'invention sont prévus, intégrant selon l'ensemble de leurs combinaisons possibles les différentes caractéristiques optionnelles exposées ici.

Deuxième mode de réalisation Un deuxième mode de réalisation est proposé, qui peut être vu comme une variante du premier et ne sera décrit que dans ses différences, et est illustré en FIGURE 10 et FIGURE 11. Comme illustré en FIGURE 11b, les pales 23, c'est-à-dire ici les palettes 231, 232 qui les constituent, sont fixées sur les convoyeurs 12, 12' de façon à ce que leur corde C23 et/ou leur pivot 133 présente avec une perpendiculaire à la direction D2 des convoyeurs un angle de pales AP2 non nul, et notamment valant de 25° à 60°. La machine 2 peut alors être installée disposée de façon à ce que la direction D2 des convoyeurs fasse avec le flux d'eau 99 un angle d'incidence B2 déterminé pour que le flux d'eau présente avec la corde ou l'axe de pivot des pales 23 un angle dit d'attaque AA2 compris entre 25° et 60°, et notamment un angle d'incidence entre 80° et 100°, et par exemple 90°. Par rapport au premier mode de réalisation, on peut considérer que le convoyeur situé en amont par rapport au courant est ici monté dans une position plus avancée sur son trajet de circulation D2 par rapport au convoyeur aval. Dans de nombreux cas, il s'agit d'une variation qui peut être obtenue par simple réglage lors du montage de la machine 2, en décalant l'un par rapport à l'autre les maillons 121 et 121' qui se correspondent entre eux entre les convoyeurs 12 et 12', de façon à ce que les pales 23 présentent un angle AP2 par rapport à position perpendiculaire qui était celle du premier mode de réalisation. Pour autoriser et faciliter le passage des pales lors des changements de direction autour des pignons 111, 112, 113, 114 aux extrémités de la - 18 - machine 2, la géométrie des palettes 231, 232 est en forme de parallélogrammes, comme illustré en FIGURE 11a. Les axes pivots 233 sont montés sur les convoyeurs 12 et 12' par des supports 121 et 121' présentant plusieurs degrés de liberté ou un jeu important, par exemple sous la forme d'une lumière 123 entourant un téton 122 à tête élargie. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Système (1,
2. 2) de récupération de l'énergie hydraulique d'un flux d'eau (99) dans un cours d'eau ou un canal d'écoulement de pente faible ou nulle, et notamment le long du cours d'eau naturel ou d'une retenue de hauteur de chute de moins de 4 m, du type comprenant une succession d'éléments récepteurs (13, 23), dits pales, aptes à capter l'énergie cinétique de l'eau (90) pour entraîner un ou plusieurs éléments flexibles dit convoyeurs (12, 12') en un circuit sans fin autour d'au moins un premier arbre dit amont (A111) et d'un deuxième arbre dit aval (A112), qui est parallèle audit arbre amont et situé en aval de celui-ci ; ledit circuit comprenant au moins d'une part une partie dite motrice (M12) dans laquelle lesdits éléments récepteurs sont immergés et entraînés (D1) vers l'aval par le flux d'eau (99, 99M) et d'autre part une partie dite retour dans laquelle lesdits éléments récepteurs sont ramenés vers l'amont, caractérisé en ce que le trajet (D1, D2) des éléments récepteurs présente une direction formant un angle (B1) non nul avec la direction du courant (99), au moins dans la partie motrice (M12), présentant ainsi directement au flux d'eau (99) au moins une partie (L13) de la largeur d'une pluralité d'éléments récepteurs (13). 2. Système selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les éléments récepteurs sont disposés le long des convoyeurs (12, 12') avec un écartement représentant entre 0,2 et 1 fois la longueur de leur dimension, dite corde (C13), définie par la distance entre le bord d'attaque (1371, 1372) sur lequel le flux vient en contact avec un élément récepteur (13, 131, 132) et le bord de fuite (1371, 1382) par lequel le flux quitte le même élément récepteur (par exemple prise dans le plan des arbres).
3. 3. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la direction (D1) de circulation des convoyeurs (12, 12') fait avec la direction du flux d'eau (99) un angle (B1) compris entre 85° et 30°, et de préférence entre 80° et 40°.- 20 -
4. 4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins le convoyeur (12) du côté amont, et de préférence les deux, présente un dispositif (102, 102') de guidage latéral de la position des éléments récepteurs (13), au moins sur la partie motrice de leur trajet.
5. 5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments récepteurs (13, 131, 132) comportent, en tout ou partie, un ou plusieurs éléments rigides (1371, 1372) formant un bord d'attaque qui reçoit le flux d'eau du côté amont par rapport au courant, et de préférence un bord de fuite qui évacue le flux d'eau côté aval du courant, facilitant ainsi l'écoulement laminaire de l'eau.
6. 6. Système (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les arbres (A111, A112, A113, A114) sont montés sur un châssis (10) qui comprend une paroi inférieure (101) sensiblement parallèle à la partie inférieure motrice (M12) du trajet des convoyeurs (12, 12'), et qui vient reposer sur le fond (98) du cours d'eau lorsque ledit système est déposé à son emplacement de fonctionnement, ladite paroi inférieure formant alors le fond d'un canal d'écoulement artificiel parcouru par le flux d'eau (99) reçu et dans lequel circulent les pales (13) dans la partie motrice de leur trajet.
7. 7. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque pale (13) comprend au moins deux palettes (131, 132) articulées chacune autour d'un pivot (133) d'axe parallèle aux arbres (A111, A112), et qui est solidaire des convoyeurs (12, 12'), lesquelles palettes sont agencées pour pouvoir d'une part s'écarter l'une de l'autre, vers l'intérieur du convoyeur pour l'une dite palette intérieure (132) et vers l'extérieur du convoyeur pour l'autre dite palette extérieure (131), jusqu'à une position déployée dans laquelle lesdites palettes intérieure (132) et extérieure (131) ferment tout espace entre elles et forment ainsi une pale (13) présentant au moins une surface continue et sensiblement étanche correspondant à la surface- 21 - additionnée desdites palettes, qui leur permet d'être entraînées (D1) par ledit flux d'eau (99) le long de ladite partie motrice (M12) du circuit, et d'autre part se rapprocher l'une de l'autre jusqu'à une position repliée dans laquelle elles représentent un encombrement diminué le long de ladite partie retour du circuit, par exemple s'écartant d'un angle de moins de 45° voire 300 autour du trajet du convoyeur.
8. 8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les pales reçoivent une pression de la part du flux (99) sur au moins une surface portée par une pale (13b, 13c) ou une palette (131, 132) réalisée de façon à présenter une forme concave vis-à-vis du flux reçu 99, et notamment pouvant comporter un intrados (1321) et un extrados (1322) présentant des profils différents l'un de l'autre.
9. 9. Système selon l'une quelconque des revendications 7 à 8, caractérisé en ce que les palettes sont articulées librement autour de leur pivot et sont retenues dans leur position déployées par une ou plusieurs élingues souples (135, 136) reliées aux convoyeurs (12, 12') ou au pivot (133) de la pale précédente.
10. 10. Système selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les palettes sont articulées entre elles autour de leur pivot par au moins un élément élastique (137b, 138b) agencé pour permettre un repli partiel ou total desdites palettes l'une vers l'autre tout en réalisant une fonction de rappel vers leur position déployée.
11. 11. Système (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les pales (23) ou palettes (231, 232) sont fixées sur les convoyeurs (12, 12') de façon à ce que leur corde (C23) et/ou leur pivot (133) présente avec une perpendiculaire à la direction (D2) des convoyeurs un angle de pales (AP2) non nul, et notamment valant de 25° à 60°.
12. 12. Système selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il est installé disposé de façon à ce que la direction (D2) des convoyeurs fasse- 22 - avec le flux d'eau (99) un angle d'incidence (B2) déterminé pour que le flux d'eau présente avec la corde ou l'axe de pivot des pales (23) un angle dit d'attaque (AA2) compris entre 25° et 600, et notamment un angle d'incidence entre 80° et 1000, et par exemple 900.