FR3081035A1 - Dispositif immerge de collection et conversion de l'energie de la houle ou des vagues - Google Patents

Abstract

Dispositif immergé de collection et de conversion de l'énergie de la houle ou des vagues. Dispositif constitué de deux chambres de collection et de conversion tubulaires (1) et (3) de longueur LC, de section Sc, remplies en partie basse d'eau et en partie haute d'air et en communication par leur partie supérieure via l'ouverture (5). La chambre (1) est en communication par sa partie basse avec l'océan via l'ouverture (101), la chambre (3) est connectée en partie basse à une canalisation (301) munie d'une vanne (302). Deux plongeurs tubulaires non flottants (2) et (4), de longueur Lp < LC de section Sp < Sc, mobiles dans les chambres (1) et (3), sont reliés entre eux par leur partie supérieure via un lien (701), flexible ou/et sans raideur transversalement et rigide longitudinalement, guidé par les poulies (702). Sous l'effet de la variation de pression générée par le passage des vagues et de la poussée d'Archimède résultante les plongeurs (2) et (4) sont animés d'un mouvement alternatif vertical transmis aux soufflets (8) et (9) qui leurs sont liés produisant l'aspiration et le transfert d'un fluide par les canalisations (801), (901) et (802), (902) munies de clapets antiretour (803), (903).

Description

La présente invention concerne la conception d’un Dispositif Immergé de Collection et Conversion de l’Energie de la Houle ou des Vagues (DICCEHV). Cette invention a pour vocation d’extraire de l’énergie de la houle ou des vagues et de convertir cette énergie en mouvement ou en l’une au moins des énergies cinétique, potentielle, mécanique ou électrique.

La plupart des dispositifs utilisant ou collectant et convertissant l’énergie de la houle sont des dispositifs de surface. Un certain nombre d’entre eux sont immergés (WO 2008/149084 A2, WO 95/08060, WO 97/37123, WO 2005/111411Al FR 1100156). Ils permettent, grâce à une chambre de conversion étanche remplie d’un gaz ou partiellement sous vide, de collecter l’énergie associée aux variations temporelles de pression générées en profondeur par le passage des vagues ou la houle de surface et de la convertir en mouvement et force. Quelques dispositifs (FR 2 983 922-B1) utilisent une chambre de conversion ouverte équipée d’un flotteur pouvant être lesté supprimant ainsi tous les problèmes d’étanchéité et d’usure associés. Ces dernières inventions souffrent d’une limitation de leur efficacité dans la mesure où un fluide compressible, dans une chambre close ou ouverte en sa partie basse, s’oppose au déplacement du système mobile en phase de compression. Un dispositif récent (FR 3 057 306-A1) permet une optimisation de la collection d’énergie de la houle en raccordant, à deux zones présentant des variations de pression différentes au cours du temps, un ensemble de deux chambres de conversion ouvertes en partie basse et équipées de flotteurs. Cependant l’utilisation de flotteurs dans les chambres de conversion peut être à l’origine de dysfonctionnements sévères lorsque les dits flotteurs sont accidentellement emplis d’eau de mer suite à une fausse manœuvre ou une entrée intempestive d’eau de mer dans les chambres de conversion.

La présente invention est un dispositif de collection et conversion de l’énergie de la houle ou des vagues, immergé à une profondeur donnée, utilisant les variations de pression induites par la modification des hauteurs de la colonne d’eau, résultant du passage des vagues au dessus du dispositif, couplées à la poussée d’Archimède s’exerçant sur des corps mobiles placés à intérieur de chambres de conversion. Le rendement d’extraction et de conversion de l’énergie de la houle de ce dispositif est équivalent aux dispositifs du brevet FR 3 057 306-A1. Il résulte de la juxtaposition d’au moins deux Systèmes d’Extraction et de Conversion (SEC) en communication par leur partie supérieure, l’un, noté (SEC1), étant en contact par sa partie inférieure avec l’océan, l’autre, noté (SEC2), étant connecté par sa partie inférieure à une zone de l’océan où les variations de pression au cours du temps, générées en profondeur par la variation de hauteur de la colonne d’eau résultant du passage de la houle ou des vagues, sont différentes de celles se produisant au niveau du lieu d’implantation du (SEC1). Cette disposition inclut aussi le raccordement du (SEC2) à un réservoir d’expansion dans lequel le niveau de la surface libre de l’eau de mer qu’il contient est maintenu quasi constant au cours du temps (la hauteur de la colonne d’eau correspondante reste quasi constante).

Les principales innovations du présent Dispositif Immergé de Collection et Conversion de l’Energie de la Houle ou des Vagues (DICCEHV) concernent :

- les mobiles dans les SEC, que nous appellerons plongeurs dans la suite du texte, qui sont des corps non flottants, c’est à dire que la poussée d’Archimède qu’ils subissent est inférieure ou égale à leur poids même lorsqu’ils sont totalement immergés,

- les systèmes de régulation associés à chaque DICCEHV ou à un ensemble de DICCEHVs qui permettent d’optimiser le rendement d’extraction et donc de conversion de l’énergie de la houle ou des vagues sur une grande plage de variation de l’amplitude et de la longueur d’onde de la houle ou des vagues, passant au dessus du lieu d’implantation,

- la capacité à fonctionner sur l’ensemble des cycles de marées quelle que soit la hauteur de marnage,

- la stabilité accrue par leur poids immergé

- la conversion de l’énergie de la houle en énergie cinétique, mécanique, potentielle simplifiée,

- la production simplifiée d’énergie électrique à l’échelle de chaque DICCEHV immergé.

Tous les DICCEHVs décrits dans ce brevet utilisent le même principe de collection de l’énergie de la houle ou des vagues, leurs architectures sont déclinées selon trois types d’applications dépendant du système de conversion présent dans chaque SEC :

- des DICCEHVs autonomes ayant pour fonction principale l’une au moins des fonctions de pompage, de compression, de transfert d’un fluide dans un circuit d’utilisation ou de stockage dont les systèmes de conversion sont des chambres de transfert et de compression,

- des DICCEHVs autonomes ayant pour fonction principale la production d’énergie électrique, dont les systèmes de conversion sont des générateurs d’électricité,

- des DICCEHVs autonomes ayant pour fonction principale de produire de l’énergie mécanique transmise par un axe pour actionner un système (générateur électrique, pompe, treuil...) qui lui sera couplé.

A ces DICCEHVs mono-fonction s’ajoutent les DICCEHVs hybrides, d’architecture proche des DICCEHVs mono-fonction et dans lesquels sont installés au moins deux dispositifs de conversion pris parmi : des chambres de transfert et de compression, des générateurs électriques rotatifs ou linéaires, des dispositifs de conversion en énergie mécanique et de transmission.

Le DICCEHV est donc constitué de deux Systèmes d’Extraction et de Conversion notés SEC1 et SEC2 connectés entre eux par leur partie supérieure, l’un au moins, le SEC1 par exemple étant en communication par sa partie inférieure avec l’océan via au moins une ouverture ou une canalisation connectée à l’ouverture, l’autre, le SEC2, étant en communication, par sa partie inférieure via une canalisation soit :

- avec une zone de l’océan présentant une houle différente, avantageusement en opposition de phase, de la houle de la zone d’implantation du SEC1, c’est à dire une zone de l’océan où les variations de pression en profondeur, générées au cours du temps par le passage de la houle ou des vagues en surface, sont différentes de celles générées par le passage de la houle ou des vagues au dessus du lieu d’implantation du SEC1.

- avec un réservoir d’expansion installé à la surface de l’océan, sur le littoral ou encore immergé au fond de l’océan dans lequel le niveau de la surface libre de l’eau de mer qu’il contient est maintenu quasiment constant pour une altitude du niveau moyen de la surface libre de la mer ou de l’océan donnée (une hauteur de marée donnée).

Une coupe médiane d’un premier exemple de réalisation du DICCEHV, ayant pour fonction principale l’une au moins des fonctions de pompage, de compression, de transfert d’un fluide dans un circuit d’utilisation ou de stockage, est présentée sur la figure 1. Ce dernier est composé de 2 Systèmes d’Extraction et de Conversion notés respectivement SEC1 et SEC2

Le SEC1 est constitué :

d’une chambre de conversion (1), de forme tubulaire, de longueur Le, de section Sc, avantageusement circulaire, mais qui peut aussi être triangulaire, carrée, rectangulaire, hexagonale ou toute autre forme géométrique plane. La chambre (1), disposée verticalement, close de façon étanche à sa partie supérieure, est partiellement emplie en sa partie haute d’un volume adéquat de gaz compressible, de préférence de l’air, et en sa partie basse d’un volume complémentaire d’eau de mer, (1) en communication avec le milieu marin extérieur par une ou plusieurs ouvertures (101) (une seule est représentée sur la figure 1) connectée à une canalisation optionnelle (102) (non représentée sur la Figure 1) en cas de risques d’ensablement.

d’un corps non flottant (2), appelé plongeur dans la suite des descriptions. Le plongeur (2) est de forme tubulaire, de géométrie identique à la chambre (1), de longueur Lp < Le et de section Sp < Sc , (2) est mobile verticalement à l’intérieur de la chambre de conversion (1) sans contact avec la paroi intérieure de la chambre (1). Les sections du plongeur (2) Sp et de la chambre (1) Sc sont telles que l’espace entre la paroi extérieure du plongeur (2) et la paroi intérieure de la chambre (1) présente une épaisseur homogène comprise entre quelques millimètres à quelques centimètres, de préférence entre 5 millimètres et 2 cm. Cet espace permet le passage de l’eau de mer entre le plongeur (2) et la paroi intérieure de (1) et cette absence de contact entre le plongeur (2) et la paroi intérieure de la chambre (1) élimine tous les problèmes d’usure.

- d’une ou plusieurs chambre de transfert et de compression (8), une seule est représentée, sous forme d’un soufflet déformable élastiquement selon sa longueur, dans le SEC1 de la figure 1.

Le SEC2, d’architecture identique au SEC1, est constitué :

d’une chambre de conversion (3), de préférence identique à la chambre (1). La chambre (3) est partiellement emplie en sa partie haute d’un volume adéquat de gaz compressible, avantageusement de l’air, et en sa partie basse d’un volume complémentaire d’eau de mer. La chambre (3) est équipée en partie basse d’au moins une canalisation (301) de grand diamètre équipée d’au moins une vanne (302), une seule est représentée sur la figure 1.

d’un plongeur (4), de préférence identique et de même masse que le plongeur (2).

d’une ou plusieurs chambres de transfert et de compression (9), avantageusement en nombre égal à celles présentes dans le SEC1 si elles sont identiques ou présentant la même section active totale que celles présentes dans le SEC1 si elles sont différentes. Une seule, identique à celle du SEC1, est représentée dans le SEC2 de la figure 1.

Les chambres (1) et (3) des SEC1 et SEC2 sont en communication par leur partie supérieure via l’ouverture (5) pratiquée dans la partie commune des parois des SEC1 et SEC2, s’ils sont accolés comme sur la figure 1, ou via une canalisation (50) ou un caissons (500) (voir autres variantes présentées).

Au moins une canalisation (601) équipée d’une vanne (602) est avantageusement placée en partie supérieure du DICCEHV et permet l’introduction d’eau de mer dans les chambres (1) et (3) lors de l’immersion, l’introduction du gaz compressible après immersion et le réglage des conditions initiales de pression et de niveau d’eau de mer dans les chambres (1) et (3). Cette canalisation est aussi utilisée pour les opérations de maintenance, pour le réajustement des conditions de pression et de niveau d’eau de mer dans les chambres (1) et (3) elle sert aussi à injecter le gaz compressible pour évacuer l’eau de mer du DICCEHV ou à évacuer le gaz compressible lorsque cela est nécessaire. La position de (601) peut être différente de celle représentée sur la figure 1.

Les plongeurs (2) et (4) sont construits en matériaux résistants à l’eau de mer, de densité moyenne égale ou avantageusement supérieure à celle de l’eau. Leur poids est avantageusement égal ou supérieur à la poussée d’Archimède maximale qu’ils subissent lorsqu’ils sont totalement immergés dans l’eau de mer.

Les plongeurs (2) et (4) sont reliés entre eux par l’intermédiaire d’au moins un lien (701) de préférence flexible ou/et sans raideur transversalement et rigide longitudinalement, fixé avantageusement à la partie supérieure des plongeurs (2) et (4) de sorte que (2) et (4) sont parfaitement verticaux lorsqu’ils sont suspendus par (701). Il s’agit, de manière non exhaustive, d’un câble, d’une corde, d’une chaîne, d’une courroie par exemple. Un seul lien (701) est représenté sur la figure 1, passant par l’ouverture (5) et guidé par des poulies (702) à gorge ou à chaîne (poulie ou pignon dentés) adaptée au type de lien (701) utilisé. Les axes des poulies (702) sont solidaires soit de la paroi supérieure amovible des chambres (1) et (3), soit d’une pièce spécifique fixée en partie supérieure des chambres (1) et (3).

Les chambres de transfert et de compression (8) et (9) sont des systèmes dont le volume est modifié par déplacement unidirectionnel d’au moins une des parties rigides mobiles. Il peut s’agir par exemple, et de façon non exhaustive, de systèmes déformables élastiquement comme ceux présentés dans les brevets FR 2 970 524-B1 et FR 2 983 922-B1, d’un dispositif à soufflet comme sur la figure 1 ou à piston comme sur la figure 4. Les parties rigides mobiles sont par exemple :

les plaques fixées de façon étanches aux extrémités du soufflet dans le cas d’un soufflet déformable élastiquement sur sa longueur,

- le cylindre et le piston dans le cas d’un système à cylindre-piston.

La section active (section du piston, section du soufflet) est égale à s et est avantageusement inférieure à la section Sp des plongeurs (2) et (4).

Les chambres de transfert et de compression (8) et (9) ont une section, une longueur au repos et des longueurs limites en compression et en extension, optimisées pour les conditions de fonctionnement des SEC.

Sur la figure 1, la partie rigide mobile inférieure de la chambre de transfert et de compression (8) est liée rigidement à la paroi inférieure de la chambre (1) où elle est installée et la partie rigide mobile supérieure est rigidement liée à la paroi inférieure du flotteur (2). La partie rigide mobile inférieure de la chambre de transfert et de compression (9) est liée rigidement à la paroi inférieure de la chambre (3) où elle est installée et la partie rigide mobile supérieure est rigidement liée à la paroi inférieure du flotteur (4). La chambre de transfert et de compression (8) est connectée à des canalisations d’admission (801) et d’éjection (802) munies de clapets anti-retour (803), la chambre de transfert et de compression (9) est connectée à des canalisations d’admission (901) et d’éjection (902) munies de clapets anti-retour (903).

Les mouvements verticaux des plongeurs (2) et (4), générés par le passage de la houle ou des vagues au dessus du DICCEHV, conduisent au déplacement alternatif des parties rigides mobiles des chambre de transfert et de compression respectivement (8) et (9) qui leur sont liées conduisant ainsi à l’aspiration du fluide utilisé, avantageusement de l’eau de mer, par les canalisations respectivement (801) et (901) lors de la remontée des plongeurs et à l’éjection du fluide utilisé par les canalisations respectivement (802) et (902) lors de la descente des plongeurs.

La canalisation (301) est connectée (la connexion n’est pas représentée sur la figure 1) à une zone de houle différente, avantageusement en opposition de phase, de celle de la zone d’implantation du SEC1 ou à un réservoir d’expansion placé en surface de l’océan (flottant ou placé sur le littoral) ou immergé sur le fond de l’océan dans lequel le niveau de la surface libre de l’eau qu’il contient reste quasi constant. Les différents modes de connexion de la canalisation (301), applicables à l’ensemble des DICCEHVs objets de ce brevet, sont reportés à la fin des descriptions des variantes.

La fermeture de la vanne (302) placée sur la canalisation (301) conduit à une réduction drastique de la course verticale des plongeurs (2) et (4), limitée dans ce cas par la compression du volume d’air présent dans les chambres (1) et (3), évitant tout emballement et détérioration du DICCEHV. Une fermeture partielle de la vanne (302) permet, en introduisant une perte de charge, de réguler l’amplitude des mouvements verticaux des plongeurs (2) et (4) lorsque les conditions de mer (amplitudes de vagues) excèdent les conditions extrêmes de fonctionnement du DICCEHV vanne (302) ouverte.

Avantageusement, les vannes présentes sur le DICCEHV sont manœuvrées à distance, depuis le poste de commande en surface ou à la côte par exemple. Il peut s’agir, par exemple et de manière non exhaustive, de vannes électriques, électropneumatiques, pneumatiques, hydrauliques.

Les SEC1 et SEC2 peuvent être séparés et montés sur des socles indépendants, il est cependant avantageux, pour des raisons de pré-montage, de réglage et d’installation, qu’ils soient fixés sur un socle commun (10) comme sur le DICCEHV de la figure 1. Le DICCEHV est ainsi stabilisé verticalement par son poids, qui peut être ajusté par le poids du socle (10) solidaire des SEC1 et SEC2. Le DICCEHV est stabilisé latéralement, par exemple et de façon non exhaustive par au moins une des solutions suivantes : par son socle (10) dont la partie inférieure est de forme concave pour exercer un effet ventouse sur le fond océanique, par la présence de protubérances ou crampons sur la face inférieure du socle (10) pénétrants dans le fond marin évitant les déplacements latéraux par glissement, par des pieux ou des dispositifs vissés ou fixés dans le fond océanique solidaires du socle (10), par tout autre système d’ancrage.

La fixation sur un même socle (10) de plusieurs DICCEHVs (plusieurs ensembles SEC1 + SEC2) est réalisable, elle simplifie les installations et accroît la stabilité des DICCEHVs.

La longueur du lien (701) est préférentiellement choisie de façon à ce qu’à l’équilibre initial de référence correspondant à une mer sans houle ni vague pour la valeur médiane de la marée, les deux plongeurs (2) et (4) soient au même niveau, de préférence au milieu de leur course maximale dans les SEC1 et SEC2. Dans ces conditions le niveau de la surface libre de l’eau dans les chambres (1) et (3) est de préférence ajusté à la mi-longueur des plongeurs (2) et (4).

La longueur L_c des chambres (1) et (3) et la longueur L_P des plongeurs (2) et (4) définissent, par construction, la course maximale des plongeurs. Cette dernière est choisie, en utilisant un programme de calcul d’optimisation prenant en compte, les hauteurs de marnage, les caractéristiques de la houle, de la course maximale des chambres de transfert et de compression (8) et (9) et des pressions d’utilisation (pression d’aspiration, pression d’éjection) du fluide, avantageusement de l’eau de mer, aspiré et éjecté par les chambres de transfert et de compression (8) et (9).

L’absence de contact entre les plongeurs (2) et (4) et les parois intérieures des chambres (1) et (3) élimine tout problème d’usure. L’utilisation de matériaux de préférence inertes vis à vis de l’eau de mer pour la construction des chambres, des plongeurs et des autres éléments constitutifs du DICCEHV (béton, acier inoxydable, polyéthylène, polypropylène, résine polyester, vinylester armée fibres de verre...) élimine tous les problèmes de dégradation (vieillissement, corrosion...) liés au contact des différents éléments du DICCEHV avec le milieu marin.

Des dispositifs (20) limitant la course des plongeurs (2) et (4) sont placés en partie haute et en partie basse dans chacune des chambres (1) et (3) pour éviter les endommagements des chambres de transfert et de compression (8) et (9), des systèmes de guidage du lien (701) et des accessoires placés dans les chambres (1) et (3) en cas d’emballement des DICCEHVs, par suite d’un dysfonctionnement des procédures de mise en sécurité (fermeture de (302)), lors d’évènements atmosphériques cataclysmiques (tempêtes, cyclones...).

Des dispositifs de guidage des plongeurs (2) et (4), constitués, par exemple et de façon non exhaustive, d’au moins quatre galets (30) solidaires des plongeurs, comme représentés sur la figure 1, roulant sur des rails solidaires des parois des chambres (1) et (3) sont installés pour sécuriser les déplacements des plongeurs et éviter leur rotation sur eux mêmes. Les systèmes de guidage ne se sont pas révélés indispensables au cours des essais menés sur les prototypes et peuvent avantageusement, être omis afin d’éliminer les usures qui leurs sont associées.

Les chambres de transfert et de compression (8) et (9), constituées par des soufflets déformables élastiquement selon leur longueur représentés sur la figure 1, assurent une excellente étanchéité et éliminent les problèmes d’usure puisqu’ils fonctionnent par déformation élastique des parois du soufflet. Leur construction, de préférence en matériaux inertes vis à vis de l’eau de mer, par exemple et de façon non exhaustive, en élastomère, en polymère thermoplastique ou thermodurcissable, en matériau composite ou métaux inoxydables..., élimine tous les problèmes de dégradation (vieillissement, corrosion...) liés au contact de leurs éléments constitutifs avec le milieu marin.

Dans la suite des descriptions des variantes, les systèmes de limitation de course (20) et de guidage (30) des plongeurs (2) et (4) ne seront plus représentés afin de simplifier les schémas.

La figure 2 est une variante très proche du DICCEHV de la figure 1. Les principales différences résident au niveau des ouvertures (101) qui sont, dans le cas de site présentant des risques d’ensablement, prolongées de canalisations (102) dont l’ouverture d’admission est placée à un niveau supérieur au niveau d’ensablement maximum présumé, pour éviter le colmatage par le sable. La présence d’une vanne (103) permet d’inactiver le dispositif en cas d’événements climatiques extrêmes tels tempêtes, cyclones... Une grille (104), en matériau résistant au milieu marin, à mailles de dimensions typiques comprises préférentiellement entre 1 et 5 cm, peut être placée à l’embouchure de (102) pour éviter l’entrée de poissons ou autres organismes vivants, débris circulant entre deux eaux... dans le SEC1 susceptibles de perturber son bon fonctionnement.

Pour des raisons de réduction de poids pour le transport, les plongeurs (2) et (4) sont des réservoirs tubulaires à parois rigides indéformables tels que lorsqu’ils sont remplis d’eau de mer, leur poids, identique, est égal ou avantageusement supérieur à la poussée d’Archimède qu’ils subissent lorsqu’ils sont totalement immergés.

Les plongeurs sont ainsi vides lors du transport terrestre du DICCEHV et remplis d’eau de mer lors de la phase d’immersion et d’installation du DICCEHV. La différence entre le poids du DICCEHV plongeurs (2) et (4) vides et son poids plongeurs (2) et (4) pleins est de plusieurs tonnes.

Les plongeurs (2) et (4) peuvent être étanches, équipés chacun d’au moins deux canalisations munies de vannes, une en partie basse une en partie haute pour l’admission et l’extraction de l’eau du plongeur ou, comme sur la figure 2, être en communication par leur partie supérieure avec le volume de leur chambre respective (1) et (3). Dans cette dernière configuration, plus simple de mise en œuvre, les plongeurs (2) et (4) peuvent ainsi être totalement ouverts en partie supérieure ou bien la communication avec la partie supérieure de leur chambre respective (1) ou (3) est réalisée par au moins une ouverture (201) et (401), deux sont présentes sur chaque plongeur du DICCEHV de la figure 2. Les plongeurs (2) et (4) sont alors munis chacun, en partie basse, d’au moins une canalisation (202), (402) équipée d’une vanne, les vannes sont préférentiellement commandées à distance. Ces canalisations (202), (402) permettent l’admission d’eau dans les plongeurs (2) et (4), lors des phases d’immersion, ou l’extraction de l’eau, lors des phases de réparation ou d’émersion.

La figure 3 est une variante du DICCEHV de la figure 2. Les seules différences sont les chambres de transfert et de compression, respectivement (8) et (9), qui sont placées dans la partie supérieure des chambres respectivement (1) et (3). Comme précédemment plusieurs chambres de transfert et de compression (8) et (9) peuvent être installées dans chaque chambre (1) et (3), avantageusement en même nombre pour des raisons d’équilibre des masses et des forces appliquées, et placées préférentiellement symétriquement par rapport aux points de fixation du lien (701) avec les plongeurs (2) et (4). Deux chambres de transfert et de compression (8) sont représentées dans la chambre (1) et deux chambres de transfert et de compression (9) sont représentées dans la chambre (3) du DICCEHV de la figure 3.

La figure 4 est une variante du DICCEHV de la figure 2. Les seules différences sont les chambres de transfert et de compression (8) et (9) qui sont des systèmes cylindre-piston, pompes ou vérins par exemple. Sur la figure 4 l’architecture du DICCEHV est optimisée spatialement dans la mesure ou des cavités tubulaires (81) et (91) constituées par la forme des parois inférieures des plongeurs (2) et (4), jouent le rôle de cylindres. Dans ces cavités tubulaires (81) et (91) viennent s’insérer les pistons (82) et (92) liés rigidement par leur partie inférieure à la paroi inférieure des chambres (1) et (3). Des joints ou segments d’étanchéité (83) et (93) sont placés indifféremment soit sur les cylindres, soit sur les pistons comme représentés sur la figure 4. Un ajustement optimisé des dimensions des pistons (82) et (92), leur section en particulier, à celles des cylindres (81) et (91), auquel peut être adjoint un traitement adéquat des surfaces de l’un au moins du piston ou du cylindre, permet l’omission des segments ou joints sans pertes sensibles de rendement et de fonctionnalité éliminant ainsi les problèmes d’usure des segments ou joints.

Les chambres de transfert et de compression (8) et (9) à cylindre et piston peuvent indifféremment être placées en partie basse des chambres (1) et (3), entre la face inférieure des plongeurs (2) et (4) et la paroi inférieure des chambres (1) et (3) comme sur la figure 4, ou en partie haute des chambres (1) et (3) entre la face supérieure des plongeurs (2) et (4) et la paroi supérieure des chambres (1) et (3).

La figure 5 présente une variante du DICCEHV présenté figure 2. Les principales différences sont présentées ci-après :

- l’ouverture (5) qui permet la communication entre les chambres (1) et (3) des DICCEHVs des figures 1, 2, 3 et 4 est remplacée par des canalisations (501) et (502) démontables, assemblées par exemple, et de façon non exhaustive, par l’intermédiaire de brides étanches (503). Les canalisations (502) sont raccordées hermétiquement, par soudure ou avantageusement par brides (non représentées), à une chambre tubulaire (504), de section et de volume adaptés, dans laquelle sont placées une ou plusieurs chambres de transfert et de compression (8) et (9) dont quatre sont représentées sur la figure 5 par des soufflets déformables élastiquement selon leur longueur. L’une des parties rigides mobiles des chambres (8) et (9) est liée rigidement à la paroi de la chambre (504) qui lui fait face et l’autre des parties rigides des chambres (8) et (9) est liée à une plaque rigide (806) raccordée de part et d’autre au lien (701) reliant les plongeurs (2) et (4). Sur le DICCEHV de la figure 5 quatre chambres de transfert et de compression, deux numérotées (8) et deux numérotées (9), sont disposées de part et d’autre de la plaque (806) de préférence symétriquement par rapport au point de fixation du lien (701) sur la plaque (806). Les mouvements des plongeurs (2) et (4), générés par le passage des vagues au dessus du DICCEHV, conduisent au déplacement alternatif de la plaque (806) comprimant et étirant alternativement les chambres de transfert et de compression (8) et (9). Les chambres de transfert et de compression numérotées (8) sont représentées avec des canalisations communes d’admission (801) et d’éjection (802) munies de clapets anti-retour (803), il en est de même pour les chambres de transfert et de compression numérotées (9) et leurs canalisations communes d’admission (901) et d’éjection (902) munies de clapets anti-retour (903). Cependant, chaque chambre de transfert et de compression (8) et (9) peut avoir des canalisations d’admission et d’éjection qui lui sont propres.

La variante du DICCEHV présentée sur la figure 6 est voisine du DICCEHV de la figure 5 les différences sont :

- les SEC1 et SEC2 sont séparés d’une distance D permettant, entre autres, d’accroître la course maximale des parties rigides mobiles des chambres de transfert et de compression (8) et (9) et donc leur capacité maximale de pompage.

- la communication entre les parties supérieures des SEC1 et SEC2 est assurée par un caisson (500), qui remplace la paroi supérieure amovible des variantes précédentes. (500) est fixé de façon étanche et avantageusement démontable à la partie supérieure des SEC1 et SEC2, via, par exemple et de façon non exhaustive, des collerettes (503) assemblées par boulonnage.

Les chambres de transfert et de compression (8) et (9) et les poulies (702) de guidage du lien (701) sont installées dans le caisson (500).

Dans les variantes du DICCEHV présentées sur la figure 7a et 7b, les chambres de transfert et de compression (8) et (9) sont des systèmes cylindre-piston.

Sur la figure 7a une chambre de transfert et de compression (8) de type cylindre piston est installée dans le caisson (500) le cylindre est fixe. L’extrémité libre du piston mobile (92) est liée d’un côté par deux liens (701) attachés au plongeur (2) et de l’autre côté à un lien (701) rattaché au plongeur (4). Les segments et joints d’étanchéité, qui ne sont pas représentés, peuvent être omis dans le cas de bons ajustements entre le piston et le cylindre sans préjudice pour le fonctionnement et l’efficience du système. Avantageusement, un traitement adéquat de la surface de l’un au moins du cylindre ou du piston permet la réduction de l’usure de ces éléments.

Dans la variante du DICCEHV présentée sur la figure 7b, seulement deux chambres de transfert et de compressions sont représentées et sont constituées d’un système cylindre-piston à double effet de type « vérin à double effet ». Les chambres (8) et (9) sont constituées, par exemple et de façon non exhaustive, d’une chambre tubulaire commune (800), avantageusement de section cylindrique, séparée de préférence en deux parties égales par une cloison fixe (807), de deux pistons mobiles (805), liés entre eux par l’axe rigide (804). L’axe (804) coulisse à travers la cloison (807) séparant les deux chambres de transfert et de compression ainsi constituées par la cloison (807) et chacun des deux pistons (805). Les pistons (805) sont fixés, par le centre de leur face libre, au lien (701) permettant la transmission du mouvement des plongeurs (2) et (4) aux pistons mobiles (805). L’orifice de passage de l’axe (804) dans la cloison (807) est équipé d’un passage étanche muni d’au moins un joint d’étanchéité de type joint torique, joint à lèvres ou presse étoupe par exemple, les pistons (805) sont équipés de joints ou segments d’étanchéités. Les segments ou joints d’étanchéité placés au niveau du passage dans la paroi (807) et des pistons (805) peuvent être omis dans le cas de bons ajustements entre les pièces fixes et mobiles, constituant les chambres de transfert et de compression, sans perte sensible de rendement et de fonctionnalité et conduisant à l’élimination de pièces d’usure (joints, segments) allégeant de fait la maintenance. Avantageusement, un traitement adéquat de la surface de (804) et de l’un au moins de (800) et (805) réduira les usures de ces éléments.

L’utilisation de chambres de transfert et de compression à couplage magnétique linéaire, comme par exemple celle présentée figure 7c, élimine les risques de fuite et réduit les usures. Les deux corps des chambre de transfert et de compression (8) et (9) sont constitués par un tube coaxial (800) fermé à ses deux extrémités et un piston annulaire (805) mobile à l’intérieur de (800), couplé magnétiquement, à travers la paroi interne de (800) par ses aimants permanents (810) avec les aimants permanents (811) du mobile d’entrainement (809) relié par le lien (701) aux plongeurs (2) et (4). Comme pour les chambres de transfert et de compression des figures 7a et 7b, le piston annulaire mobile peut être muni de joints ou de segments d’étanchéité qui peuvent être omis, sans préjudice pour le fonctionnement, si le piston annulaire mobile (805) est bien ajusté au tube coaxial (800). De nouveau un traitement adéquat de la surface de l’un au moins de (800) et de (805) peut être avantageusement réalisé.

Production de l’électricité

Pour produire de l’électricité, les exemples de variantes du DICCEHV présentés sur les figures 1 à 7 pompent par exemple de l’eau de mer, et l’injectent à une pression choisie dans une canalisation principale pour alimenter un ou plusieurs turbogénérateurs ou pour remplir un réservoir placé en altitude. Afin d’atteindre la puissance désirée, plusieurs DICCEHVs sont associés pour stocker l’énergie et/ou produire l’électricité comme cela est décrit dans le brevet FR 3 002 597-B1.

Chaque DICCEHV dont des exemples de variantes ont été présentés sur les figures 1 à 7 peuvent néanmoins produire de façon autonome de l’électricité en faisant circuler un fluide (gaz, eau, huile minérale ou de synthèse....) en circuit fermé, entre les chambres de transfert et de compression (8) et (9) et en plaçant sur le circuit au moins une turbine ou une hélice couplée à un générateur électrique (11), avantageusement (11) est un générateur de courant alternatif à aimants permanents.

Les figures 8a et 8b présentent deux exemples, non exhaustifs, de configurations utilisant la variante de DICCEHV présentée figure 3. Figure 8a le circuit fermé s’établit via la canalisation (801) connectée aux chambres de transfert et de compression (8) et la canalisation (901) connectée aux chambres de transfert et de compression (9) alimentant la turbine ou l’hélice du générateur (11) connectée par ses conduites d’entrée et de sortie à ces deux canalisations. Dans ce cas, en fonction du sens de déplacement des plongeurs (2) et (4), le fluide circule alternativement dans un sens et dans l’autre au niveau de la turbine ou de l’hélice conduisant à une rotation dans un sens et dans l’autre du générateur (11) s’il est couplé par exemple à une turbine à aubes, Pelton, Banki, Francis... ou à une hélice conventionnelle. Une rotation dans un seul sens est obtenue si (11) est couplé à une turbine Wells.

La figure 8b montre une configuration où le circuit fermé relie les chambres de transfert et de compression (8) et (9), présentes dans les chambres (1) et (3), via leurs conduites d’aspiration (801) et (901) et d’éjection (802) et (902) équipées de clapets anti-retour. La configuration, non exhaustive, présentée permet la circulation dans un seul sens du fluide au niveau de la turbine ou de l’hélice entraînant le générateur (11) en rotation dans un seul sens quel que soit le sens du mouvement des plongeurs (2) et (4).

Les variantes du DICCEHV de la figure 9 permettent la production directe d’électricité en tirant avantage du ou des liens (701) comme élément de transmission de mouvement et de force à un générateur rotatif d’électricité (11), avantageusement un générateur de courant alternatif à aimants permanents, aussi appelé alternateur dans la suite des descriptions, placé à l’intérieur du DICCEHV avec son axe d’entrainement (113) perpendiculaire au lien (701) et faisant un angle compris entre -90 et +90° par rapport à l’horizontale.

Sur l’exemple de la figure 9a le générateur (11) est placé, avec son axe d’entrainement (113) horizontal et perpendiculaire au lien (701), à l’intérieur d’un caisson (500) assurant la communication, par leur partie supérieure, entre les SEC1 et SEC2. Le lien (701) guidé par les poulies à dents ou à gorge (702) selon le type de lien (701) (chaîne, câble, corde, courroie...) utilisé transmet par engrenage (système type chaîne - poulie à dents) ou par friction (système type câble, corde ou courroie - poulie à gorge) le mouvement rectiligne des plongeurs à la poulie à dents ou à gorge (112) solidaire de l’axe (113) qui entraîne le générateur (11) en rotation. Le courant est délivré par les fils électriques isolés (111). Compte tenu du mouvement d’aller et retour des plongeurs (2) et (4) le générateur est animé d’un mouvement de rotation dans un sens et dans l’autre à chaque aller-retour des plongeurs, ce qui ne pose pas de problème particulier avec un alternateur à faible inertie et/ou faible multiplication de la vitesse de rotation, par un multiplicateur de vitesse (non représenté sur la figure 9a) placé entre la poulie (112), collectrice du mouvement, et l’axe du rotor du générateur.

Des variantes, non représentées, utilisent plusieurs liens (701) liant les plongeurs (2) et (4). Ces liens peuvent être de type différents (chaîne, câble...), l’un étant chargé d’actionner le système de conversion, ici l’axe (113) couplé au générateur (11), les autres étant chargés de supporter le poids des plongeurs. Par exemple, un ensemble de trois liens (701) peut être composé d’une chaîne, préférentiellement fixée au centre des faces supérieures des plongeurs (2) et (4), chargée d’entraîner le pignon denté solidaire de l’axe (113) entraînant le générateur (11) et deux câbles, de préférence parallèles à la chaîne, avantageusement fixés aux plongeurs (2) et (4) symétriquement par rapport au point de fixation de la chaîne. Ces câbles sont par exemple en charge de supporter le poids des plongeurs afin de soulager la chaîne. Les trois liens sont guidés par les poulies (702) adaptées placées en partie supérieure des chambres (1) et (3), la tension de la chaîne peut être réglée initialement ou ajustée en continu par exemple par au moins un galet tendeur.

La variante présentée sur la figure 9b est très proche de celle de la figure 9a et diffère par la séparation des SEC1 et SEC2 d’une distance D. Le générateur (11) est placé dans la chambre (12) de dimension adaptée connectée par les canalisations (50) aux parties supérieures des SEC1 et SEC2.

La distance de séparation D permet l’utilisation d’un lien (701) simple ou multiple précédemment décrit mais aussi l’utilisation d’un lien « composite » constitué d’au moins deux types de liens, flexibles ou non flexibles transversalement, par exemple d’une partie câble et d’une partie chaîne ou d’une crémaillère. Sur la figure 9b, une crémaillère (703) est reliée à chacune de ses extrémités à un câble (701). La distance D doit permettre le déplacement, sur l’ensemble de sa course, de la crémaillère dont la longueur est au moins égale à l’amplitude maximale du déplacement des plongeurs (2) et (4). Les câbles (701) sont guidés par les poulies à gorge (702). La crémaillère, engrenée sur la roue dentée (112’) solidaire de l’axe (113), entraîne par son déplacement le générateur (11) en rotation.

Dans le cas d’un alternateur le courant alternatif produit peut être directement acheminé à son lieu d’utilisation ou de stockage, il est aussi intéressant de transformer le courant alternatif produit en courant continu, à l’aide d’un circuit redresseur (non représenté) placé au voisinage du générateur, avant d’acheminer le courant continu ainsi obtenu vers son lieu d’utilisation ou de stockage.

La variante de la figure 10 est voisine de celles de la figure 9. Le générateur rotatif d’électricité (11) est placé, avec son axe (113) vertical et perpendiculaire au lien (701), à l’intérieur d’un caisson (500) assurant la communication entre les SEC1 et SEC2.

Dans la variante de la figure 11, le générateur (11) est placé à l’extérieur du DICCEHV dans une petit caisson additionnel (119) fixé de façon étanche sur la partie supérieure du DICCEHV. Le caisson (119) est démontable pour les travaux de maintenance. L’axe (113) qui est connecté au générateur (11) est ici vertical et est guidé par un système de guidage (115) et un passage étanche (114). (115) est pris par exemple parmi : une butée ou roulement à billes ou à rouleaux, une butée magnétique, un palier lubrifié un palier magnétique. (114) est équipé d’au moins un dispositif d’étanchéité de type par exemple pris parmi : un presse étoupe, un joint torique, un joint à lèvres. (114) peut être complètement étanche via un accouplement magnétique (voir exemples de variantes figures 16 et 17 avec accouplement magnétique radial).

Principale différence qui peut être adaptée sur les DICCEHVs des figures 9 et 10, la rotation du générateur s’opère toujours dans le même sens ici par exemple, et de façon non exhaustive, grâce au dédoublement du lien (701) qui actionne deux poulies (112) à cliquets montées de façon à ce que la dite première poulie tourne librement dans le sens contraire du sens de rotation choisi alors que la poulie dite seconde est en prise et entraîne l’axe (113) dans le sens de rotation choisi pour un sens de déplacement des plongeurs (2) et (4) et la poulie dite première est en prise et entraîne l’axe (113) dans le sens de rotation choisi, alors que la poulie dite seconde tourne librement dans le sens contraire du sens de rotation choisi pour le mouvement en sens inverse des flotteurs (2) et (4). Ce dispositif qui produit une rotation dans un seul sens choisi est particulièrement pertinent pour les générateurs à forte inertie et/ou forte multiplication de vitesse de rotation, par un multiplicateur de vitesse (non représenté) placé entre la poulie (112) collectrice du mouvement et l’axe du rotor du générateur (11). L’ajout d’un volant d’inertie couplé à l’axe (113) (non représenté sur la figure 11) permet de maintenir un mouvement de rotation continu du générateur pendant les phases d’inversion du mouvement des plongeurs (2) et (4).

Les DICCEHVs à axes (113) verticaux permettent l’utilisation de générateurs, de multiplicateurs de vitesse et de volants d’inertie de grands diamètres sans augmentation notable des dimensions du DICCEHV.

Les figures 12, 13 et 14 sont des variantes des DICCEHVs des figures 9 à 11 où les générateurs électriques sont des générateurs linéaires (13) composés principalement d’une partie mobile (131) constituée par des aimants permanents et d’un stator (132) composé par des bobines. Un ou plusieurs générateurs linéaires peuvent être placés dans chacune des chambres (1) et (3). Dans le cas de plusieurs générateurs identiques, ils sont de préférence en même nombre dans chaque chambre et avantageusement placés de façon symétrique autour de l’axe passant par le point de fixation du lien (701) avec chaque plongeur (2) et (4).

Sur la figure 12 on retrouve comme dans les figures précédentes les principaux éléments des SEC1 et SEC2. La partie mobile (131) des générateurs linéaires constituée par des aimants permanents est insérée dans les plongeurs (2) et (4), le stator (132) de chaque générateur linéaire, constitué par les bobines, est fixé par sa partie inférieure au socle (10). Le courant alternatif produit peut directement être acheminé vers son lieu d’utilisation ou de stockage ou avantageusement, comme sur la figure 12, transformé en courant continu par un circuit redresseur (133) et acheminé vers son lieu utilisation ou de stockage par les fils électriques isolés (111). Le stator (132) et la partie mobile (131) de chaque générateur sont isolés et imperméabilisés pour éviter tout dysfonctionnement ou dégradation du fait de leur contact permanent avec l’eau de mer.

La variante de la figure 13 diffère de celle de la figure 12 par les éléments suivants :

- Les stators (132) des générateurs linéaires (13) et les circuits redresseurs (133) sont fixés à la paroi supérieure de chacune des chambres (1) et (3)

- Les parties mobiles (131) des générateurs linéaires sont intégrées aux plongeurs. Les évidements centraux des parties mobiles (131) dans lesquels passent les stators ne contiennent préférentiellement pas d’eau de mer afin, entre autres, d’éviter les forces hydrodynamiques s’opposant aux mouvements relatifs de (131) par rapport à (132).

La variante de la figure 14 diffère de celle de la figure 12 par les éléments suivants :

- Les SEC1 et SEC2 sont accolés plusieurs générateurs linéaires identiques (deux sont représentés sur la coupe transversale de chaque chambre) sont avantageusement placés symétriquement par rapport au point de fixation du lien (701) avec les plongeurs (2) et (4), les stators (132) sont fixés à la paroi supérieure de chacune des chambres (1) et (3) et les parties mobiles (131) sont insérées dans les plongeurs (2) et (4).

Comme sur la figure 13, les évidements centraux des parties mobiles (131) dans lesquels passent les stators ne contiennent préférentiellement pas d’eau de mer pour éviter, entre autres, les effets hydrodynamiques.

Production et transfert d’énergie mécanique :

Les DICCEHVs ayant pour fonction principale les fonctions de pompage, de compression, de transfert d’un fluide, dont les figures 1 à 7 présentent quelques exemples de variantes, peuvent aussi produire, de façon autonome, de l’énergie mécanique et la transférer à un système qui leur sera couplé. Il suffit d’établir, comme pour les DICCEHVs produisant de l’électricité présentés sur la figure 8, un circuit fermé entre les chambres de transfert et de compression (8) et (9) présentes dans les chambres de conversion (1) et (3) dans lequel circule un fluide, par exemple non exhaustif un gaz, de l’eau, une huile minérale ou de synthèse, et de disposer sur ce circuit fermé le système de conversion et de transfert adéquat, comme par exemple une turbine, une hélice, un vérin hydraulique ou pneumatique, des soufflets déformables élastiquement.

La figure 15 présente deux exemples non exhaustifs, à titre d’illustration, de l’application de ce principe de production et de transfert d’énergie mécanique utilisant une des variantes de DICCEHV présentée sur la figure 3.

Dans l’exemple de la figure 15a deux soufflets (80) et (90) sont alimentés par le fluide circulant respectivement par les canalisations (801) et (901) connectées aux chambres de transfert et de compression (8) et (9). La pièce (85) solidaire des parties mobiles des soufflets (80) et (90), qui permet le couplage à un dispositif mécanique extérieur, est guidée (les dispositifs de guidage ne sont pas représentés) et est animée d’un mouvement rectiligne alternatif au rythme des mouvements des plongeurs (2) et (4) qui actionnent les chambres de transfert et de compression (8) et (9) qui alternativement injectent et aspirent le fluide transmetteur dans les canalisations (801) et (901).

Sur l’exemple présenté figure 15b le fluide circulant dans les canalisations (801) et (901) alimente un dispositif constitué d’une turbine ou d’une hélice (116) lié à un axe de transfert (113) guidé par une butée (115) et un passage étanche ou magnétique (114). En fonction du sens de déplacement des plongeurs (2) et (4), le fluide circule alternativement dans un sens et dans l’autre au niveau de la turbine ou de l’hélice (116) entraînant la rotation de l’axe (113) alternativement dans un sens et dans l’autre dans le cas où (116) est une hélice conventionnelle ou une de turbine à aubes, Pelton, Banki, Francis... par exemple. Une rotation dans le même sens est obtenue si (116) est une turbine Wells.

La figure 16 est une variante du DICCEHV permettant la production d’énergie mécanique et sa transmission via la conversion du mouvement vertical des plongeurs (2) et (4) en rotation de l’axe (113) par entrainement de la poulie (112), solidaire de (113), par au moins un lien (701). On peut alors coupler au DICCEHV une pompe, un générateur électrique ou tout autre système mécanique nécessitant une rotation pour être entraîné. Dans le cas où le lien (701) est simple et agit sur une seule poulie (112), (113) est animé d’un mouvement de rotation alternatif associé au mouvement d’allerretour des plongeurs (2) et (4).

Dans le DICCEHV de la figure 16 la rotation de l’axe (113) s’opère toujours dans le même sens ici par exemple, et de façon non exhaustive, grâce à l’utilisation de deux liens (701) qui actionnent deux poulies (112) à cliquets montées de façon à ce que la dite première poulie tourne librement dans le sens contraire du sens de rotation choisi alors que la poulie dite seconde est en prise et entraîne l’axe (113) dans le sens de rotation choisi pour un sens de déplacement des plongeurs (2) et (4) et la poulie dite première est en prise et entraîne l’axe (113) dans le sens de rotation choisi, alors que la poulie dite seconde tourne librement dans le sens contraire du sens de rotation choisi pour le mouvement en sens inverse des flotteurs (2) et (4). Un volant d’inertie couplé à l’axe (113) (non représenté sur la figure 11) permet de maintenir un mouvement de rotation continu de l’axe (113) pendant les phases d’inversion du mouvement des plongeurs (2) et (4).

L’axe (113) est de préférence perpendiculaire au lien (701) et orienté selon un angle compris entre -90° et +90° par rapport à l’horizontale. Sur la figure 16, (113) est vertical. (113) est guidé d’un côté par un système de guidage (115), butée ou roulement à billes ou à rouleaux, butée magnétique ou palier lubrifié ou magnétique par exemple, et de l’autre par un passage équipé d’un dispositif d’étanchéité (114) de type palier étanche à joint presse étoupe, joint torique ou joint à lèvres par exemple ou, comme sur la variante de la figure 17, une étanchéité via un accouplement magnétique.

L’accouplement magnétique du DICCEHV au dispositif d’utilisation peut être fait, de façon non exhaustive, par un accouplement magnétique axial ou radial. La variante présentée figure 17 utilise un accouplement magnétique radial à l’aide d’aimants permanents (116), liés rigidement à l’axe (113), et inséré dans un caisson étanche (117), avantageusement cylindrique, construit de préférence en un matériau non magnétique résistant à l’eau de mer (alliage inoxydables type inox 3161, Hastelloy, super duplex..., polymères thermoplastiques ou thermodurcissables, composites...) fixé de façon étanche sur la paroi externe du DICCEHV. Ce système de couplage permet une étanchéité totale et un couplage rapide avec le dispositif utilisant l’énergie mécanique transmise par l’axe (113).

Un exemple d’accouplement magnétique radial entre le DICCEHV et un générateur est, pour exemple non exhaustif, présenté sur la figure 18a. Le générateur (11) est placé à l’intérieur d’un caisson étanche (119) dont la partie permettant l’accouplement, en forme de cloche est construite, de préférence, en un matériau non magnétique résistant à l’eau de mer en inox 3161, Hastelloy, super duplex, en polymère thermoplastique ou thermodurcissable, en matériau composite par exemple. L’axe du générateur (11) est solidaire via le système de fixation (118) des aimants permanents (116). La figure 18b montre une coupe transversale d’un exemple, non exhaustif, d’accouplement magnétique radial où les aimants permanents solidaires de l’axe (113) présentent un pôle opposé à ceux solidaires de (118) de façon à avoir un couplage maximum. Les forces de couplage sont suffisamment importantes pour stabiliser le caisson (119) dans sa position de fonctionnement. Celui ci peut néanmoins par sécurité être fixé rigidement, par exemple par boulonnage, sur le DICCEHV.

Comme pour les variantes de DICCEHVs produisant de l’électricité l’utilisation de plusieurs liens permettant de séparer les fonctions, par exemple, d’entrainement du système de conversion, ici l’axe (113), et de support du poids des plongeurs est transférable sur les DICCEHV produisant et transférant de l’énergie mécanique.

L’insertion de différents systèmes de conversion sur un même DICCEHV comme par exemple un générateur (11) actionné par au moins un lien (701) et des chambres de transfert et de compression (8) et (9) en partie basse des chambres (1) et (3), permet la construction de DICCEHVs hybrides (non illustrés) combinant au moins deux fonctions parmi : le pompage, la compression et le transfert de fluide, la production d’électricité, la production et le transfert d’énergie mécanique.

Modes de connexion des DICCEHVs via leurs canalisations (301) :

Les figures 19, 20 et 21 montrent les principaux modes de connexions possibles, via leurs canalisations (301), des différents DICCEHVs dont des exemples de réalisation ont été présentés sur les figures précédentes.

Les figures 19a et 19b montrent la connexion d’un DICCEHV, représenté de façon simplifiée, à une zone de houle en opposition de phase par rapport à sa zone d’implantation, zone à l’aplomb de l’ouverture (101) ou de l’embouchure de la canalisation de prolongement pour éviter l’ensablement (102). Cela signifie qu’à un même instant, une crête de vague passe au dessus et à l’aplomb de (101), ou de l’embouchure de la canalisation de prolongement (102), alors que simultanément un creux de vague passe au dessus de l’extrémité libre de la canalisation (301) comme cela est représenté sur les figures 19a et 19b. Dans ces conditions le DICCEHV fonctionne avec le rendement optimal d’extraction. La distance entre l’ouverture (101) et l’embouchure de la canalisation (301) (figure 19a) ou la distance entre l’embouchure de (102) et l’embouchure de (301) (figure 19b) est notée L.

Le changement de régime de houle au cours du temps, c’est à dire, en particulier, le changement au cours du temps de l’amplitude, de l’orientation et de la longueur d’onde λ de la houle ou des vagues (λ est égale à la distance séparant deux crêtes successives) en fonction des conditions climatiques conduit le DICCEHV à fonctionner hors de ses conditions de fonctionnement optimal si la distance L est maintenue constante.

Afin d’amener le système à fonctionner toujours dans les conditions optimales d’extraction de l’énergie de la houle ou des vagues, la canalisation (301) est munie de plusieurs ouvertures latérales ou préférentiellement de canalisations latérales (303) plus ou moins longues selon le risque d’ensablement. Pour simplifier la description nous utiliserons dans la suite de l’exposé l’expression « canalisation (303) » pour designer l’expression « ouverture latérale ou préférentiellement canalisation latérale (303) ». Les canalisations (303) sont équipées chacune d’une vanne (302) commandée à distance, par exemple depuis le poste de contrôle du DICCEHV ou par un système automatique de commande relié à un houlomètre immergé sur la zone d’implantation du ou des DICCEHVs. Ces canalisations (303) sont réparties régulièrement ou non le long de (301), entre la canalisation (303) la plus éloignée et la canalisation (303) la plus proche du DICCEHV, elles sont distantes de 10 mètres à quelques dizaines de mètres entre elles selon la valeur moyenne et les valeurs extrêmes (minimale et maximale) de la longueur d’onde de la houle ou des vagues observées sur une longue période, par exemple un an, à la surface de la mer à l’aplomb du lieu d’immersion du DICCEHV. Une telle configuration est présentée sur la figure 19c où la canalisation (301) est équipée de canalisations (303) dressées verticalement et dont la longueur est choisie afin de réduire, voire d’éliminer, les risques de colmatage par ensablement.

L’adaptation du DICCEHV au régime de houle existant durant une période de temps donnée est réalisée en ouvrant la vanne (302), représentée en gris foncé sur la figure 19c, telle que la distance L soit proche ou égale à la demi longueur d’onde, λ/2, de la houle ou des vagues c’est à dire la distance entre une crête et un creux de vague comme cela est représenté sur la figure 19c. Toutes les autres vannes (302) sont maintenues fermées.

Lorsque le régime de houle change et que la longueur d’onde des vagues augmente ou diminue, l’adaptation se fait en fermant la vanne précédente et en ouvrant la vanne de la canalisation (303) pour laquelle la distance L sera la plus proche ou égale à la demi longueur d’onde, λ/2, de la houle ou des vagues. Toutes les autres vannes (302) sont maintenues fermées.

L’embouchure de la canalisation (303) la plus éloignée du DICCEHV est située à une distance de l’ouverture (101) ou de l’embouchure de sa canalisation de prolongement (102), selon l’architecture du DICCEHV, de préférence égale à une demi-longueur d’onde de la plus grande longueur d’onde de la houle ou des vagues observée au cours d’une longue période, par exemple un an, à l’aplomb du site d’immersion du DICCEHV.

L’embouchure de la canalisation (303) la plus proche du DICCEHV est située à une distance de l’ouverture (101) ou de l’embouchure de la canalisation (102), de préférence égale à une demi-longueur d’onde de la longueur d’onde de la houle ou des vagues la plus courte observée au cours d’une longue période, par exemple un an, à l’aplomb du site d’immersion du DICCEHV.

Les autres canalisations (303), avantageusement en nombre compris entre 3 et 10 selon la valeur moyenne de la longueur d’onde et l’écart maximal de longueurs d’ondes, sont réparties de manière équidistante ou non équidistante le long de (301) préférentiellement de manière équidistante, entre la canalisation (303) la plus proche et la canalisation (303) la plus éloignée. Dans cette configuration de connexion, (301) est fixée sur le fond océanique, les embouchures des canalisations (303) sont disposées préférentiellement sur la partie supérieure de (301). En cas de risques d’ensablement la longueur des canalisations (303) est choisie de façon à ce que leur embouchure soit située à une hauteur égale ou supérieure au niveau d’ensablement prévu évitant ainsi le colmatage par ensablement.

La fermeture de l’ensemble des vannes (302) conduit à une réduction drastique de la course verticale des plongeurs (2) et (4), limitée dans ce cas par la compression du petit volume d’air présent dans les chambres (1) et (3), évitant tout emballement et détérioration du DICCEHV. Une ouverture partielle de la vanne (302) de la canalisation (303) située à la distance L optimale permet, en introduisant une perte de charge contrôlée, de réguler l’amplitude des mouvements verticaux des plongeurs (2) et (4) lorsque les conditions de mer (amplitudes de vagues) excèdent les conditions extrêmes de fonctionnement du DICCEHV avec la vanne (302) totalement ouverte. L’ouverture partielle ou totale d’une vanne (302) sur une canalisation (303) située à une distance L différente de la distance optimale de fonctionnement, λ/2, conduira de même à une réduction drastique de l’amplitude des mouvements verticaux des plongeurs (2) et (4).

La figure 20 présente un DICCEHV connecté par sa canalisation (301) à un réservoir d’expansion (14) situé au niveau de la mer. Le réservoir d’expansion (14) est de section Sr très supérieure à la section Sc des chambres (1) et (3), un rapport R=Sr/Sc de préférence égal ou supérieur à cinq étant requis pour un fonctionnement satisfaisant du DICCEHV. Le niveau de la surface libre de l’eau dans le réservoir d’expansion (14) est le niveau moyen de la surface libre de la mer. Le réservoir d’expansion (14) peut être flottant à la surface de l’océan, il est dans ce cas stabilisé latéralement par exemple et de manière non exhaustive, par ancrage sur le fond de l’océan. Il suit verticalement les mouvements de la marée et adapte continûment, avec la marée, les conditions de fonctionnement du DICCEHV ou de l’ensemble des DICCEHVs qui lui sont connectés, lorsque plusieurs DICCEHVs lui sont connectés. La canalisation de connexion (301) au réservoir (14) flottant est au moins en partie flexible pour s’adapter aux variations de distance entre le réservoir et le SEC2 introduites par les marées.

Sur l’exemple de la figure 20 le réservoir est fixé sur le littoral. Dans ce cas le réservoir (14) peut être un bassin ou chenal d’expansion à ciel ouvert. Le réservoir (14) est en communication avec la mer ou l’océan par l’intermédiaire d’au moins un orifice ou d’au moins une canalisation, de petit diamètre (141) (quelques cm de rayon), permettant l’adaptation du niveau d’eau dans le réservoir d’expansion en fonction des variations du niveau moyen de la mer générées par les marées, qui est un phénomène lent (période de plusieurs heures), sans introduire les variations rapides de niveau (périodes de quelques secondes) associées au passage des vagues.

La figure 21 présente un exemple de configuration où plusieurs DICCEHVs (deux sont représentés) connectés par leurs canalisations (301) à un réservoir d’expansion (14) de grande section, immergé et fixé sur le fond océanique. Les différents DICCEHVs connectés au réservoir d’expansion étant, au même instant, dans des phases de fonctionnement différentes selon leur positionnement sur le fond océanique, la pression à l’intérieur du réservoir d’expansion (14), à un instant donné, est égale à la pression moyenne générée par l’ensemble des DICCEHVs c’est à dire la pression correspondant à la colonne d’eau générée par le niveau moyen de la surface libre de la mer au dessus du lieu d’immersion des DICCEHVs. La mise en communication de l’intérieur du réservoir d’expansion (14) avec le milieu marin extérieur par l’intermédiaire d’au moins un orifice ou une canalisation (141) de petit diamètre (quelques cm de rayon) permet l’adaptation de la pression interne du réservoir (14) aux variations de pression moyenne générées par les marées.

La connexion par les canalisations (301) des SEC2 des DICCEHVs à un réservoir d’expansion présentés sur les figures 20 et 21 conduisent à une réduction de 50% du rendement de collection (FR 3 057 306-A1) par rapport aux DICCEHVs connectés par leur canalisation (301) à une zone de houle en opposition de phase par rapport au site d’implantation du SEC1 présenté figure 19. Ce raccordement à un réservoir d’expansion est néanmoins le plus adapté aux zones où la houle est très irrégulière (clapot) et où le régime de houle ou de vagues n’est jamais stabilisé.

Principe de fonctionnement des DICCEHVs.

Tous les dispositifs présentés dans ce brevet présentent le même principe de fonctionnement présenté schématiquement sur les figures 22 et 23.

La figure 22a montre le schéma simplifié d’un DICCEHV, les chambres (1) et (3) sont identiques et les plongeurs (2) et (4) sont identiques de section Sp de longueur H et de masse M et de poids P=Mg (g accélération de la pesanteur) supérieur ou égal à la poussée d’Archimède maximale que peut subir le plongeur c’est à dire le poids du volume d’eau de mer correspondant au volume du plongeur. Dans l’exemple présenté figure 22a, aux conditions initiales noté PhO (surface de la mer ou de l’océan sans houle ni vagues) pour une hauteur de marée donnée, les niveaux de l’eau dans les chambres (1) et (3) sont identiques et de préférence réglés à mi- longueur (H/2) des plongeurs (2) et (4) qui sont stabilisés à la même altitude, de préférence au milieu de leur course maximale sur l’exemple présenté. Dans ces conditions initiales, chaque plongeur est soumis à son poids P=Mg et à la poussée d’Archimède Pa dont l’intensité est identique pour chaque plongeur et égale au poids du volume d’eau déplacé :

Pa = S_P x H/2 x p x g avec p masse volumique de l’eau de mer et g accélération de la pesanteur.

Dans la suite, les légères variations de volume de l’air contenu dans la partie supérieure du DICCEHV consécutives aux faibles variation de pression à l’intérieur du DICCEHV lors du fonctionnement ainsi que la masse du lien (701) sont négligées pour simplifier l’explication.

En supposant que les plongeurs et leur lien (701) ne subissent pas de forces s’opposant à leur déplacement, si à un instant donné la position des vagues de surface conduit à une augmentation du niveau de l’eau de h dans la chambre (1) ayant pour conséquence un abaissement de h dans la chambre (3) la poussée d’Archimède Pa2 s’exerçant sur le plongeur (2) va augmenter et celle Pa4 s’exerçant sur le plongeur (4) va diminuer conduisant au déplacement des plongeurs jusqu'à un nouvel équilibre tel que Pa2 = PA4» représenté figure 22 b, correspondant de nouveau à un niveau d’eau arrivant à H/2 de chacun des plongeurs (2) et (4) et donc au déplacement de h de chaque plongeur.

Supposons maintenant qu’une force résistante Fr s’oppose au déplacement des plongeurs. Fr correspond par exemple à :

- la force que les plongeurs doivent exercer sur les chambres de transfert et de compression dans le cas des DICCEHVs qui pompent, compriment et ou transfèrent un fluide,

- la force nécessaire pour actionner les générateurs rotatifs ou linéaires dans le cas des DICCEHVs produisant de l’électricité

- la force nécessaire pour actionner l’axe (113) dans le cas des DICCEHVs produisant de l’énergie mécanique pour actionner les mécanismes qui leurs sont couplés.

Lorsque, sous l’action du passage d’une vague au dessus du DICCEHV le niveau d’eau monte de ΔΗ dans la chambre (1) et diminue de ΔΗ dans la chambre (3), les plongeurs (2) et (4) restent dans leur position initiale jusqu’à ce que l’écart entre la poussée d’Archimède Pa2 s’exerçant sur le plongeur (2) et la poussée d’Archimède Pa4 s’exerçant sur le plongeur (4) soit égale à la force Fr. Le déplacement des plongeurs s’opérera donc lorsque la différence de hauteur des niveaux d’eau 2ΔΗ entre les chambres (1) et (3) satisfera à la condition :

Fr< Pa4 - Pa2

Fr < (S_P x (Η/2+ΔΗ) x p x g) - (Sp x (Η/2-ΔΗ) xpxg) = Spx2x ΔΗ x p x g

Soit 2 ΔΗ > Fr/( Sp x p x g)

La figure 23 schématise l’ensemble d’une séquence correspondant à la phase initiale (PhO->Phl) au cours de laquelle les niveaux de l’eau dans les chambres (1) et (3) varient jusqu’à atteindre la valeur critique 2ΔΗ = Fr/( Sp x p x g) puis un cycle complet (Phl->Ph8) s’étendant sur la période d’une vague induisant une variation des niveaux d’eau de ±h dans les chambres (1) et (3). On peut noter ainsi que pour une force résistante Fr, imposant 2ΔΗ > Fr/( Sp x p x g) pour produire le déplacement des plongeurs, la course totale des plongeurs obtenue sur un cycle complet (une période de vague) est égale à 4(h-AH) soit un travail W tel que W = Frx 4(h-AH) par cycle.

Evolution des niveaux d’eau dans les chambres (1) et (3) en fonction du type de connexion des canalisations (301)

Selon que les DICCEHVs sont liés par leurs canalisations (301) à un réservoir d’expansion (14) ou à une zone de houle différente de la zone d’implantation l’amplitude maximale du déplacement des flotteurs est modifiée. Comme cela a été mentionné précédemment, pour simplifier l’explication on négligera la légère compression du volume d’air contenu dans la partie supérieure du DICCEHV associée à la légère variation de pression au cours du fonctionnement.

Figure 24, un schéma simplifié d’un DICCEHV sans plongeur, pour ne visualiser que les niveaux d’eau dans les chambres (1) et (3), est représenté immergé et fixé sur le fond océanique, (1) est équipée d’une canalisation (102) et (3) d’une canalisation (301). A l’équilibre initial figure 24b, situation où la hauteur de la colonne d’eau est identique à l’aplomb des embouchures libres des canalisations (102) et (301), la surface libre de l’eau est au même niveau dans les chambres (1) et (3) repéré par la ligne en pointillée notée (Eq).

Soit ho la différence d’altitude entre le niveau (Eq) de la surface libre de l’eau dans les chambres (1) et (3) et le niveau moyen de la mer (noté 0). A l’équilibre, cette profondeur qui peut être comprise entre quelques mètres et plusieurs dizaines de mètres est de préférence choisie entre 10 et 20 m afin de réduire la vulnérabilité aux aléas climatiques (tempêtes, cyclones...), de ne pas générer de perturbations du trafic maritime de surface et de permettre aux scaphandriers, chargés soit de l’installation soit de la maintenance des DICCEHVs, de travailler pendant une longue durée sans avoir à effectuer de longs paliers de décompression.

Les figures 24a, 24b et 24c présentent les variations de niveau d’eau dans les chambres (1) et (3) lors du passage des vagues. Le DICCEHV est tel que l’embouchure de la canalisation (301) est connectée à une zone de houle en opposition de phase par rapport à celle surplombant l’embouchure de la canalisation (102) c’est à dire que la distance L entre les embouchures libres de (102) et de (301) est égale à une demi longueur d’onde, λ/2, de la houle ou des vagues se propageant au dessus du site d’implantation.

La figure 24b correspond à la position d’équilibre initial où le niveau de la surface libre de l’eau dans les chambres (1) et (3) est identique (Eq). La crête de la vague est positionnée au milieu de la distance L et la hauteur des colonnes d’eau à l’aplomb des embouchures de (102) et (301) est identique et égale à ho par rapport à la ligne d’équilibre (Eq).

Les figures 24a et 24c montrent, pour deux configurations de vagues d’amplitude ±h, les variations des niveaux de l’eau dans les chambres (1) et (3).

Sur la figure 24a, la crête d’une vague (altitude 0+h) surplombe l’embouchure de (102), conduisant à une colonne d’eau de hauteur h₀+h par rapport à (Eq), et le creux d’une vague (altitude 0-h) surplombe l’embouchure de (301) conduisant à une colonne d’eau de hauteur (h₀-h) par rapport à (Eq). La pression à la surface libre de l’eau étant la même dans chacune des chambres (1) et (3) la configuration de vague conduit à une montée de +h du niveau de l’eau dans la chambre (1) et une descente de -h du niveau de l’eau dans la chambre (3).

Sur la figure 24c, le creux d’une vague (altitude 0-h) surplombe l’embouchure de (102), conduisant à une colonne d’eau de hauteur h₀-h par rapport à (Eq), et la crête d’une vague (altitude 0+h) surplombe l’embouchure de (301), conduisant à une colonne d’eau de hauteur ho+h par rapport à (Eq). La pression à la surface libre de l’eau étant la même dans chacune des chambres (1) et (3) la configuration de vague conduit à une descente de -h du niveau de l’eau dans la chambre (1) et une montée de +h du niveau de l’eau dans la chambre (3).

Sur une période d’une vague le déplacement cumulé du niveau de l’eau dans chacune des chambres est de 4h.

Les figures 25a, 25b et 25c présentent un DICCEHV avec la canalisation (301) connectée à un réservoir d’expansion (14) dont la section Sr est beaucoup plus grande que la section Sc de la chambre (3) et dont le niveau de la surface libre de l’eau qu’il contient est à l’altitude 0 (niveau moyen de la surface de la mer). La condition Sr»Sc implique qu’une variation du niveau de l’eau dans la chambre (3) induit une variation infinitésimale du niveau de la surface libre de l’eau dans le réservoir (14) que l’on négligera pour simplifier l’explication. Le niveau de la surface libre de l’eau dans le réservoir (14) peut ainsi être considéré constant quel que soit le niveau de l’eau dans la chambre (3).

La Figure 25b présente le DICCEHV à l’équilibre initial, l’amplitude de vague est nulle au dessus de (102) correspondant à une colonne d’eau de hauteur ho par rapport à (Eq) au dessus de (102) et la hauteur de la colonne d’eau, au niveau de (301), maintenue à ho par rapport à (Eq) par le réservoir (14). Le niveau de l’eau dans les deux chambres (1) et (3) est identique (Eq).

La figure 25a présente les variations des niveaux de l’eau dans les chambres (1) et (3) lorsqu’une crête de vague surplombe l’embouchure de la canalisation (102), conduisant à une colonne d’eau de hauteur ho+h par rapport à (Eq), la colonne d’eau au niveau de (301) étant maintenue à ho par rapport à (Eq) par le réservoir (14). La pression à la surface libre de l’eau étant la même dans chacune des chambres (1) et (3) la configuration de vague conduit à une montée de +h/2 du niveau de l’eau dans la chambre (1) et une descente de -h/2 du niveau de l’eau dans la chambre (3).

La figure 25c présente les variations des niveaux de l’eau dans les chambres (1) et (3) lorsqu’un creux de vague surplombe l’embouchure de la canalisation (102), conduisant à une colonne d’eau de hauteur ho-h par rapport à (Eq), la colonne d’eau au niveau de (301) étant maintenue à ho par rapport à (Eq) par le réservoir (14). La pression à la surface libre de l’eau étant la même dans chacune des chambres (1) et (3) la configuration de vague conduit à une descente de -h/2 du niveau de l’eau dans la chambre (1) et une montée de +h/2 du niveau de l’eau dans la chambre (3).

Sur une période de vague le déplacement cumulé du niveau de l’eau dans chacune des chambres est de 2h.

La connexion de (301) à un réservoir d’expansion de grande section conduit à un déplacement du niveau de l’eau dans chacune des chambres de 2h qui est la moitié du déplacement 4h obtenu dans la cas de la connexion de (301) avec un zone de houle en opposition de phase avec la houle surplombant l’embouchure de (102). Bien que conduisant à un rendement d’extraction de l’énergie de la houle réduit de 50% des DICCEHVs, la connexion des DICCEHVs à un réservoir d’expansion de grande section, placé en surface ou immergé sur le fond de l’océan, est une solution pertinente lorsque la zone d’implantation présente une houle variable rendant difficile voire impossible l’adaptation de L à la demi-longueur d’onde de la houle.

Sur l’ensemble des DICCEHVs décrits en exemple, la partie externe est immobile et les parties fonctionnelles mobiles (plongeurs (2) et (4), chambres de transfert et de compression (8) et (9), générateurs électriques (11) et (13), axes (113)) sont internes aux DICCEHVs ou recouverts de caissons étanches. Le fonctionnement des DICCEHVs est donc totalement insensible au bio-fouling dans la mesure où la partie externe exposée peut être recouverte d’organismes marins en quantités importantes sans que cela soit préjudiciable au bon fonctionnement des DICCEHVs. Il n’est donc pas nécessaire d’appliquer de traitements anti-fouling, toxiques pour l’environnement, ce qui, de plus, simplifie la maintenance des dispositifs. La capacité d accueil d organismes marins sur la partie externe des DICCEHVs leur confère aussi un rôle de récif artificiel présentant un effet positif sur l’environnement en particulier sur le repeuplement par les espèces pélagiques. Cette fonction d’accueil d’organismes marins peut être amplifiée par un traitement spécifique de la surface externe des

DICCEHVs lors de leur fabrication.

Pour chaque configuration d’utilisation et de site d’implantation (profondeur d’immersion, valeur crête-crête des vagues, pression d’utilisation, force ou couple nécessaires, puissance recherchée...) un programme d’optimisation permet de dimensionner les éléments constituant le DICCEHV.

Les différents exemples de réalisation du DICCEHV sont utilisables aussi bien dans les zones de faibles marées que dans les zones à fortes marées.

L’adaptation au niveau de la marée est implicite dans le cas des DICCEHVs connectés à une zone de houle différente du lieu d’implantation par la canalisation (301). Dans le cas où les DICCEHV sont connectés à un bassin ou réservoir d’expansion le niveau d’eau dans ce dernier est continûment corrigé soit par flottaison lorsqu’il est flottant soit par la mise en communication avec l’océan via une canalisation de faible diamètre lorsqu’il est en position fixe immergé ou sur le littoral.

Dans tous les cas la marée conduit à une variation lente de la colonne d’eau surplombant le DICCEHV qui se traduit par une variation lente de sa pression interne et qui conduit à un déplacement lent de la position d’équilibre du niveau de l’eau dans les chambres (1) et (3), à prendre en compte lors du dimensionnement mais sans incidence majeure sur le fonctionnement du DICCEHV. En effet ce déplacement du niveau d’équilibre des surfaces libres de l’eau dans les chambres (1) et (3) modifie de façon identique la poussée d’Archimède sur chacun des plongeurs (2) et (4) sans modifier la force collectée (Fr) ni la course des plongeurs (2) et (4) pour une amplitude de vague h donnée et une force (Fr) imposée.

Compte tenu de l’agressivité chimique de l’eau de mer il convient d’utiliser, pour construire les différents éléments constituant les DICCEHVs, des matériaux résistants à cet environnement (béton, acier inox, alliages duplex, super duplex, polymères, matériaux composites, ...) ou protégés contre la corrosion et non toxiques pour l’environnement soit directement soit par leurs produits de dégradation.

Un DICCEHV ayant des chambres (1) et (3) de 1 m² de section et de longueur de 3 m immergé à 15 m de profondeur dans une zone où les vagues ont une amplitude moyenne crête-crête de 1 m est en mesure d’extraire une puissance de l’ordre de 0,2 à 0,4 kilowatt selon l’architecture et la connexion de (301).

La puissance d’un DICCEHV de petite dimension est donc faible. Cependant de fortes puissances peuvent être obtenues soit en immergeant les DICCEHVs de petite dimension en grand nombre soit en construisant sur les mêmes principes des DICCEHVs de grande taille (chambres (1) et (3) de plusieurs dizaines de m² de section). Dans ce dernier cas la dimension horizontale dite principale du DICCEHV (dimension perpendiculaire à la direction moyenne de propagation des vagues) sera avantageusement inférieure à la demi longueur d’onde la plus courte de la houle ou des vagues observées au dessus de la zone d’immersion pour obtenir un optimum d’extraction. Dans tous les cas, les DICCEHVs étant totalement immergés resteront invisibles et silencieux depuis le littoral.

Parmi les avantages des DICCEHVs de petite dimension (quelques m² de surface) on peut noter leur transport et leur manipulation plus facile, leur répartition qui peut prendre en compte les reliefs du fond marin diminuant ainsi les opérations d’adaptation au plancher océanique et permettant de respecter les structures et les organismes implantés à préserver.

Du fait que pour leur fonctionnement les DICCEHVs décrits dans ce brevet extraient de l’énergie en absorbant un volume d’eau au passage d’une crête de vague et en le restituant au passage d’un creux de vague, les DICCEHVs constituent de fait des amortisseurs de l’amplitude des vagues et conduisent à une réduction de la hauteur de la houle et des vagues. Leur immersion en rangs successifs, au voisinage des côtes, constitue ainsi, au delà de leur capacité à produire de l’énergie, une protection du littoral contre l’érosion par amortissement de la houle et des vagues.

Les DICCEHVs sont destinés, par exemple et de façon non exhaustive, à : pomper et comprimer un fluide, de préférence de l’eau de mer, et l’injecter dans une canalisation équipée en extrémité d’au moins un turbogénérateur pour la production d’électricité pomper de l’eau de mer à grande profondeur et l’amener en surface afin d’alimenter en eau froide une installation exploitant l’énergie thermique des mers élever de l’eau de mer jusqu’à un réservoir placé en altitude au dessus du niveau de la mer pour stocker de l’énergie potentielle qui sera restituée par gravité à au moins un turbogénérateur, placé au niveau de la mer ou immergé, via un orifice ou une conduite forcée injecter un fluide (air, eau, huile minérale ou de synthèse...) dans un circuit fermé pour actionner un système mécanique secondaire.

vider continûment un réservoir immergé qui se remplit par l’intermédiaire d’au moins une canalisation munie en entrée d’au moins un turbogénérateur.

produire de l’électricité produire de l’énergie mécanique pour actionner des dispositifs qui leurs sont couplés amortir la houle et les vagues qui passent au dessus de leur lieu d’implantation.

Claims (26)

1. REVENDICATIONS (1) Dispositif Immergé de Collection et Conversion de l’Energie de la Houle ou des Vagues caractérisé en ce qu’il comprend :

   - un socle (10) de masse adaptable stabilisant le dispositif par son poids et l’un au moins des moyens pris par exemple parmi : la partie inférieure de (10) est de forme concave pour exercer un effet ventouse sur le fond océanique, la face inférieure de (10) présente des protubérances ou crampons pénétrants dans le fond marin, (10) est fixé par des pieux vissés dans le fond océanique, (10) est fixé par des pieux fixés dans le fond océanique,

   - une chambre de conversion (1), solidaire de (10), de forme tubulaire, de longueur L_c, de section S_c adaptées, disposées verticalement, close de façon étanche à sa partie supérieure, partiellement emplie en sa partie haute d’un volume adéquat de gaz compressible, avantageusement de l’air, et en sa partie basse d’un volume complémentaire d’eau de mer, en communication avec le milieu marin extérieur par au moins une ouverture (101) ménagées en partie basse de (1) et prolongée d’au moins une canalisation (102) en cas de risques d’ensablement,

   - un plongeur (2), placé à l’intérieur de la chambre (1), dont le poids est avantageusement égal ou supérieur à la poussée d’Archimède qu’il subit lorsqu’il est totalement immergé dans l’eau de mer, de forme tubulaire, de géométrie identique à la chambre (1), de longueur Lp < Lc et de section Sp < Sc , (2) est mobile verticalement dans la chambre (1) sans contact avec les parois intérieures de la chambre (1), l’écart entre la paroi de (1) et celle de (2) étant de préférence compris entre 0,5 et 2 cm,

   - une chambre de conversion (3), solidaire de (10), de préférence identique à la chambre (1), disposée verticalement, partiellement emplie en sa partie haute d’un volume adéquat de gaz compressible, avantageusement de l’air, et en sa partie basse d’un volume complémentaire d’eau de mer, équipée en partie basse d’au moins une canalisation (301), de grand diamètre, munie d’au moins une vanne (302),

   - un plongeur (4), placé à l’intérieur de la chambre (3), de préférence identique et de même masse que le plongeur (2), mobile verticalement dans la chambre (3) sans contact avec les parois intérieures de la chambre (3), l’écart entre la paroi de (2) et celle de (4) étant de préférence compris entre 0,5 et 2 cm,

   - une communication, entre les parties supérieures des chambres (1) et (3), prise parmi : une ouverture (5) dans la partie supérieure de la paroi commune de chambres (1) et (3), une canalisation (50) connectée de façon étanche à la partie supérieure des chambres (1) et (3), un caisson (500) fixé de façon étanche à la partie supérieure des chambres (1) et (3),

   - au moins une canalisation (601) munie d’au moins une vanne (602) placée en un point haut du dispositif pour l’injection ou l’extraction de gaz compressible dans le dispositif,

   - au moins un lien (701) reliant les plongeurs (2) et (4) avantageusement par leur partie supérieure de sorte que les plongeurs sont parfaitement verticaux lorsqu’ils sont suspendus par (701), (701) est de préférence flexible ou/et sans raideur transversalement et rigide longitudinalement, choisi par exemple parmi : un câble, une courroie, une corde, une chaîne,

   - des poulies (702), adaptées à l’au moins un lien (701) utilisé, placées en nombre suffisant en partie supérieure des chambres (1) et (3) pour guider l’au moins un lien (701),

   - au moins un système de conversion pris par exemple parmi : des chambres de transfert et de compression (8) et (9) actionnées par les plongeurs (2) et (4), des générateurs électriques rotatifs (11) actionnés par l’au moins un lien (701), des générateurs électriques rotatifs (11) actionnés par un fluide circulant en circuit fermé sous l’action de chambres de transfert et de compression (8) et (9), des générateurs électriques linéaires (13) actionnés par les plongeurs (2) et (4), des axes (113) de transmission d’énergie et de couple actionnés par l’au moins un lien (701), des axes (113) liés à des turbines actionnées par un fluide circulant en circuit fermé sous l’action de chambres de transfert et de compression (8) et (9), des vérins actionnés par un fluide circulant en circuit fermé sous l’action de chambres de transfert et de compression (8) et (9),

   - l’ensemble des vannes est de préférence commandé à distance.
2. (2) Dispositif Immergé de Collection et Conversion de l’Energie de la Houle ou des Vagues selon la revendication précédente caractérisé en ce qu’il est équipé d’au moins un système pris parmi : un système de limitation de course des plongeurs (2) et (4), un système de guidage du mouvement des plongeurs (2) et (4)
3. (3) Dispositif Immergé de Collection et Conversion de l’Energie de la Houle ou des Vagues selon la revendication précédente caractérisé en ce que les plongeurs (2) et (4) sont des réservoirs à parois rigides, remplis d’eau de mer, en communication par leur

   35 partie supérieure avec la partie supérieure des chambres respectivement (1) et (3) et équipés chacun, en partie inférieure, d’au moins une canalisation munie d’au moins une vanne pour l’injection ou l’extraction de l’eau de mer dans (2) et (4).
4. (4) Dispositif Immergé de Collection et Conversion de l’Energie de la Houle ou des Vagues selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que plusieurs liens (701), sont utilisés pour assurer des fonctions séparées comme par exemple le support des poids par au moins un câble et la transmission du mouvement et de la force par au moins une chaîne.
5. (5) Dispositif Immergé de Collection et Conversion de l’Energie de la Houle ou des Vagues selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que un lien (701) est composite, c’est à dire constitué par l’assemblage d’au moins deux types de liens pris de façon non exhaustive parmi : un câble, une corde, une courroie, une chaîne, une crémaillère.
6. (6) Dispositif Immergé de Collection et Conversion de l’Energie de la Houle ou des Vagues selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les chambres de transfert et de compression respectivement (8) et (9), prises par exemple parmi des soufflets déformables élastiquement selon leur longueur, des systèmes à cylindre-piston, munies de canalisations d’admission et d’éjection, sont placées en partie inférieure des chambres (1) et (3), une des parties rigides mobiles de (8) et (9) est liée à la paroi inférieure des chambres respectivement (1) et (3) et l’autre des parties rigides mobiles de (8) et (9) est liée à la paroi inférieure du plongeur respectivement (2) et (4).
7. (7) Dispositif Immergé de Collection et Conversion de l’Energie de la Houle ou des Vagues selon l’une quelconque des revendications (1) à (5) caractérisé en ce que les chambres de transfert et de compression respectivement (8) et (9), prises par exemple parmi des soufflets déformables élastiquement selon leur longueur, des systèmes à cylindre-piston, munies de canalisations d’admission et d’éjection, sont placées en partie supérieure des chambres respectivement (1) et (3), une des parties rigides mobiles de (8) et (9) est liée à la partie supérieure des plongeurs respectivement (2) et (4) et l’autre des parties rigides mobiles de (8) et (9) est liée à la paroi supérieure des chambres respectivement (1) et (3).
8. (8) Dispositif Immergé de Collection et Conversion de l’Energie de la Houle ou des Vagues selon l’une quelconque des revendications (1) à (5) caractérisé en ce que les chambres de transfert et de compression (8) et (9), prises par exemple parmi des soufflets déformables élastiquement selon leur longueur, des systèmes à cylindre-piston, sont disposées à l’intérieur d’une chambre (504) connectée à la partie supérieure des chambres (1) et (3), une des parties rigides mobiles de (8) et (9) est liée rigidement à la paroi de (504) leur faisant face, l’autre des parties rigides mobiles de (8) et (9) est liée rigidement à une plaque rigide (806) mobile dans (504) et reliée par le lien (701) aux plongeurs (2) et (4).
9. (9) Dispositif Immergé de Collection et Conversion de l’Energie de la Houle ou des Vagues selon l’une quelconque des revendications (1) à (5) et (8) caractérisé en ce que les chambres de transfert et de compression (8) et (9) sont placées en nombre égal de part et d’autre de la plaque mobile (806) symétriquement par rapport aux points de fixation de (701) sur (806).
10. (10) Dispositif Immergé de Collection et Conversion de l’Energie de la Houle ou des Vagues selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les chambres de transfert et de compression (8) et (9) font circuler, dans un circuit fermé, un fluide pris par exemple parmi : un gaz, de l’eau, une huile minérale, une huile de synthèse...
11. (11) Dispositif Immergé de Collection et Conversion de l’Energie de la Houle ou des Vagues selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le fluide circulant dans le circuit fermé alimente au moins un système de conversion pris parmi : un générateur électrique (11) à turbine ou à hélice, un vérin, un système à deux soufflets, un axe (113) lié à une turbine ou une hélice.
12. (12) Dispositif Immergé de Collection et Conversion de l’Energie de la Houle ou des Vagues selon l’une quelconque des revendications (1) à (5) caractérisé en ce que l’au moins un lien (701) actionne au moins une poulie (112), adaptée à l’au moins un lien (701), solidaire d’un axe (113) perpendiculaire à (701) orienté selon un angle compris entre -90 et +90° par rapport à l’horizontal.
13. (13) Dispositif Immergé de Collection et Conversion de l’Energie de la Houle ou des Vagues selon l’une quelconque des revendications (1) à (5), (11) et (12) caractérisé en ce l’axe (113) tourne dans un seul sens quelque soit le sens de déplacement des plongeurs (2) et (4).
14. (14) Dispositif Immergé de Collection et Conversion de l’Energie de la Houle ou des Vagues selon l’une quelconque des revendications (1) à (5), (12) et (13) caractérisé en ce que l’axe (113) entraîne un générateur électrique rotatif (11) placé dans l’une des positions prises parmi : à l’intérieur du dispositif en partie supérieure, à l’intérieur d’une chambre (12) connectée par des canalisations (50) à la partie supérieure des chambres (1) et (3), à l’intérieur d’un caisson (500) mettant en communication la partie supérieure des chambres (1) et (3), à l’extérieur du dispositif dans un caisson étanche (119) fixé à la partie supérieure du dispositif.
15. (15) Dispositif Immergé de Collection et Conversion de l’Energie de la Houle ou des Vagues selon l’une quelconque des revendications (1) à (5) caractérisé en ce que au moins un générateur linéaire d’électricité identique (13) est installé dans chacune des chambres (1) et (3),
16. (16) Dispositif Immergé de Collection et Conversion de l’Energie de la Houle ou des Vagues selon l’une quelconque des revendications (1) à (5) et (15) caractérisé en ce que les générateurs linéaires d’électricité (13), installés de préférence en même nombre dans chaque chambre (1) et (3), ont leur stator lié à la paroi inférieure des chambres respectivement (1) et (3) et leur partie mobile intégrée dans les plongeurs respectivement (2) et (4).
17. (17) Dispositif Immergé de Collection et Conversion de l’Energie de la Houle ou des Vagues selon l’une quelconque des revendications (1) à (5), (15) caractérisé en ce que les générateurs linéaires installés de préférence en même nombre dans les chambres (1) et (3) ont leur stator lié à la paroi supérieure des chambres respectivement (1) et (3) et leur partie mobile intégrée dans les plongeurs respectivement (2) et (4).
18. (18) Dispositif Immergé de Collection et Conversion de l’Energie de la Houle ou des Vagues selon l’une quelconque des revendications (1) à (5) et (11) à (13) caractérisé en ce que l’axe (113) traverse une paroi en partie supérieure du dispositif via un passage étanche (114) pris parmi : un passage équipé d’au moins un joint presse étoupe, un passage équipé d’au moins un joint torique, un passage équipé d’au moins un joint à lèvres, un passage à accouplement magnétique.
19. (19) Dispositif Immergé de Collection et Conversion de l’Energie de la Houle ou des Vagues selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la canalisation (301) est connectée à une zone de houle différente de la zone d’implantation de la chambre (1) avantageusement une zone présentant une houle en opposition de phase avec la zone à l’aplomb de l’ouverture (101) ou de l’embouchure de sa canalisation de prolongement (102).
20. (20) Dispositif Immergé de Collection et Conversion de Γ Energie de la Houle ou des Vagues selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la canalisation (301) est équipée préférentiellement de 3 à 10 canalisations latérales (303), réparties de préférence régulièrement le long de (301) entre la canalisation (303) la plus proche et la canalisation (303) la plus éloignée de (101) ou de l’embouchure de son prolongement (102), chaque canalisation (303) étant munie d’une vanne (302) fermée et commandée à distance.
21. (21) Dispositif Immergé de Collection et Conversion de l’Energie de la Houle ou des Vagues selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce l’embouchure de la canalisation (303) la plus proche du dispositif est située à une distance de (101), ou de l’embouchure de son prolongement (102), de préférence égale à la demi longueur d’onde de la houle la plus courte, observée sur le site d’implantation, et l’embouchure de la canalisation (303) la plus éloignée du dispositif est située à une distance de (101), ou de l’embouchure de son prolongement (102), de préférence égale à la demi longueur d’onde de la houle la plus longue observée sur le site d’implantation.
22. (22) Dispositif Immergé de Collection et Conversion de l’Energie de la Houle ou des Vagues selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l’ouverture de la vanne (302) équipant la canalisation (303) dont l’embouchure est située à une distance de (101), ou de l’embouchure de (102), proche ou de préférence égale à la demi-longueur d’onde de la houle ou des vagues, optimise le rendement d’extraction d’énergie de la houle ou des vagues par le dispositif, toutes les autres vannes restant fermées.
23. (23) Dispositif Immergé de Collection et Conversion de l’Energie de la Houle ou des Vagues selon l’une quelconque des revendications (1) à (18) caractérisé en ce que la canalisation (301) est connectée à un réservoir d’expansion (14) en communication avec l’atmosphère de section de préférence égale ou supérieure à 5 fois la section de la chambre (3).
24. (24) Dispositif Immergé de Collection et Conversion de l’Energie de la Houle ou des Vagues selon l’une quelconque des revendications (1) à (18) et (23) caractérisé en ce que le réservoir d’expansion (14) contient de l’eau de mer dont le niveau de la surface libre est le niveau moyen de la surface libre la mer au dessus du lieu

    39 d’implantation du dispositif, (14) étant placé dans une position prise par exemple parmi : flottant à la surface de la mer ancré sur le fond océanique, sur le littoral et en communication avec le milieu marin par au moins une canalisation de quelques centimètres de rayon.
25. (25) Dispositif Immergé de Collection et Conversion de l’Energie de la Houle ou des Vagues selon l’une quelconque des revendications (1) à (18), (23) et (24) caractérisé en ce que plusieurs dispositifs sont connectés à un même réservoir d’expansion (14) par leurs canalisations (301) .
26. (26) Dispositif Immergé de Collection et Conversion de l’Energie de la Houle ou des Vagues selon l’une quelconque des revendications (1) à (18) et (23) caractérisé en ce que plusieurs dispositifs sont connectés par leur canalisation (301) à un même réservoir d’expansion (14), contenant de l’air et de l’eau de mer en proportions adaptées, connecté au milieu marin via au moins une ouverture (141) de quelques centimètres de rayon, immergé au fond de l’océan au voisinage des dispositifs qui lui sont connectés.