WO2013098494A1 - Turbine hydraulique destinee notamment a une installation maremotrice - Google Patents

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WO2013098494A1
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tidal
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Pierre Blanger
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    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/26—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using tide energy
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the present invention relates in the first place to a hydraulic turbine and more particularly to a turbine driven by the movement of the tides.
  • Unidirectional turbines are also known, including in applications to tidal installations.
  • a unidirectional turbine is called a turbine whose direction of rotation is the same regardless of the direction of the flow that passes through it.
  • US-4,222,700 discloses a unidirectional turbine having chevron section blades and provides for its application to a tidal installation. This turbine has a succession of rotors and distributors thus generating enormous pressure losses.
  • the invention aims to provide a turbine for optimizing the energy of a large flow but with a low pressure.
  • the invention aims to provide a tidal installation to reduce the manufacturing and maintenance costs of this installation compared to known installations.
  • the invention also aims to provide a tidal installation in which the turbine operates most of the time in optimal conditions, regardless of the phase of the tide that is considered.
  • the invention is first obj and a hydraulic turbine having a rotor rotatable about a longitudinal axis and disposed between two stators (or distributors).
  • the longitudinal axis is a substantially vertical axis; the rotor has blades having a chevron section, and each stator has blades oriented to direct a liquid flow in a direction suitable for operating the rotor blades.
  • the horizontal position of the rotor makes it possible to take advantage of the small differences in pressure during tides in order to obtain a high energy.
  • the substantially vertical axis, as well as the shape of the chevron blades, makes it possible to have a very simple mechanism. The combination of characteristics proposed thus makes it possible to optimize the structure of a turbine, especially when it is intended to be used in a tidal installation.
  • the turbine comprises a single rotor. This form makes it possible to limit the losses of load.
  • the invention also relates to a tidal installation comprising a hydraulic turbine as described above and a rotary electrical machine driven by said turbine, said turbine being actuated by the movement of the tides, this installation further comprising:
  • said hydraulic turbine being placed in said duct for driving the rotating electrical machine during filling and emptying of the tank;
  • said reservoir is formed of a natural crevice of a sea coast, such as a cove or the estuary of a river, and a dam closing said anfractuosity, said pipe being formed in the thickness of said dam.
  • said pipe may have in axial section a shape substantially S, opening substantially horizontally inside and outside the tank, said hydraulic turbine being disposed in the middle part of the pipe with its substantially vertical axis.
  • said tank is formed of a basin having a bottom and walls, said pipe being formed in the bottom or a wall of the basin.
  • said tank may have a funnel shape, said unidirectional turbine being placed at the bottom of said funnel with its substantially vertical axis.
  • the means for closing or opening said pipe may comprise a valve and means for controlling and actuating the opening and closing of said valve.
  • a method of producing electrical energy can be implemented using a rotary electric machine driven by a turbine as described above and actuated by the movement of the tides. This method may comprise the steps of:
  • said reservoir is made by closing by a dam an anfractuosity of a sea coast, such as a loop or a river estuary, and said pipe is formed in the thickness said dam.
  • the dam can for example be built between the ends of a loop or across the mouth of an estuary. This construction is done by providing one or more pipes through the dam dam, in which is placed the hydraulic turbine.
  • said reservoir is made by constructing a basin having a bottom and walls, the bottom being substantially at low tide and the walls rising substantially at the level of the tide. high, and said pipe is formed in the bottom or wall of the basin.
  • the difference in water level between the inside and the outside of the tank is kept substantially constant at said first (respectively second) predetermined value during filling (respectively emptying) of the tank, except for the end of the filling phase (respectively the emptying phase) where the levels tend to equalize.
  • the characteristics of the turbine according to the present invention can be chosen so as to be optimal for the upstream / downstream pressure differential corresponding to the difference in water level.
  • the turbine according to the invention therefore operates at its nominal speed during most of the tidal cycle.
  • FIGS. 1 to 7 schematically illustrate successive phases of a method implementing a turbine according to the invention
  • FIG. 8 is a schematic perspective view of a turbine according to the invention
  • FIG. 9 is a ground plane in section of the dam of a tidal installation according to the invention.
  • FIG. 10 is an enlarged view of the detail X of FIG. 9, and
  • FIG. 1 schematically illustrates another embodiment in section along a vertical plane.
  • FIGS. 1 to 7 there is shown a dam 1 consisting of a vertical wall 2, placed on a raft 3 and supported on either side by buttresses 4.
  • the dam 1 is for example constructed between the two banks of an estuary (not shown).
  • the dam 1 delimits, with the parts of the banks of the estuary located upstream of the dam, a reservoir 5 retaining. Downstream of the dam is therefore the sea whose level oscillates according to the tides between a level 6 of high tide and a level 7 of low tide. Tidal coefficients will not be taken into account here, without affecting the description that follows.
  • FIGS. 9 and 10 Reference will now be made more particularly to FIGS. 9 and 10.
  • pipes 1 0 are formed in the wall 2 of the dam 1 between the buttresses 4, longitudinally along the length of the dam. These pipes 1 0 pass through the wall 2 to connect the inside and the outside of the tank 5.
  • a pipe 10 has in axial section a shape 1 1 substantially S ( Figure 1), and opens at its ends both inside and outside the tank 5 with its horizontal axis. An inclination of the axis of the pipe 10 with the horizontal at its outlets is nevertheless possible for the purpose of optimizing the flow of water.
  • the axis of the pipe 10 is vertical and a unidirectional turbine 1 5 is installed in this location on unrepresented supports, with its vertical axis.
  • the turbine 1 5 is unidirectional because whatever the direction of passage of water in the 1 0, the turbine 1 5 rotates in the same direction.
  • the unidirectional turbine 1 comprises a rotor 1 6 and two stators or di stributeurs 1 7 (only one being shown in Figure 8), arranged on either side of the rotor 1 6. It should be noted that for the sake of simplification , the distributors 17 of the turbine 1 5 have not been shown in Figures 1 to 7, the turbine 1 5 having been illustrated in these figures by the schematic representation of the rotor 1 6 alone.
  • the rotor of the turbine 1 5 has a hub 20 ( Figure 8) on which are fixed blades 1 January chevron section.
  • the blades 2 1 thus have a first portion forming a first blade with a first orientation and a second portion forming a second blade with a second orientation.
  • the first blade forms with the second blade the corresponding blade 21 in the manner of a dihedron.
  • Each distributor 1 7 comprises blades 22 oriented to direct the liquid flow in the appropriate direction to actuate the blades 2 1 optimally regardless of the direction of flow of water.
  • the vanes 22 of a distributor 17 are thus substantially parallel to said first direction when the vanes 22 of the other di stribierter 17 are substantially parallel to said second direction. As can be seen in FIG.
  • the vanes of the distributor located under the rotor 16 thus direct the water in the pipe 1 0 so that it arrives optimally on the blades 2 1 of the rotor .
  • the vanes of the distributor located above the rotor 1 6 thus direct the water in the pipe 1 0 so that it arrives optimally on the vanes 21 of the rotor.
  • An electric machine 30 is coupled to a shaft 31 of the turbine 1 5 ( Figure 9). It operates as an alternator to provide electricity when the turbine is driven by the water flow.
  • the system may possibly be reversible, so that the turbine 1 5 can also function as a pump when it is driven by the electric machine 30 powered by an electric motor.
  • the rotor 16 of the turbine 1 5 e is available horizontally and rotates about a vertical axis corresponding to a longitudinal axis of the shaft 3 1. This orientation has several advantages.
  • the rotor 16 Due to its horizontal orientation, the rotor 16 can operate with a small variation in pressure. It is possible to provide a rotor of large diameter, that is to say several meters. By adapting the surface of the blades 21, we can then obtain a large torque to optimize the energy recovery during the passage of water in the pipe 10, both upward and downward tide.
  • the vertical disposition of the shaft 3 1 makes it possible to dispose the electric machine 30 on the wall 2.
  • the electric machine 30 can then be disposed above the sea level, thus facilitating its access and maintenance. In addition, no return is necessary to have a simple mechanics.
  • a controlled passage of the tidal flow allows the entire flow to be concentrated on the herringbone blades / blades located as far as possible from the center hub axis and depending on the available volume.
  • the installation according to the invention further comprises a valve intended to close or open the pipe 10.
  • this valve is represented in the figures both in its closed position with the reference 40 and in its open position. with the reference 40 '.
  • the valve 40 is constituted by a generally flat panel pivotally mounted about a horizontal axis 41 on a yoke 42 ( Figure 10).
  • the yoke 42 is installed in any suitable manner on the outside of the wall 2 of the dam 1.
  • the valve 40 can here open towards the outside of the tank 5.
  • Means 43 for controlling and actuating the opening and closing of the valve 40 are provided to ensure the movements of the valve 40.
  • the control may be manual, or subject to tidal ephemeris forecasts, or subject to pressure or other measures.
  • Figure 1 describes another embodiment of a tidal installation according to the invention.
  • the elements corresponding to those of the previously described figures have received the same reference. It should be noted that for the sake of simplicity, the dispensers of the turbine 1 5 have not been shown in Figure 1 1, the turbine 1 5 having been illustrated in this figure figuratively.
  • the tank 5 is formed of a basin delimited by a masonry construction 50 preferably made near the shore of a sea or ocean of course with tides, and installed on the ground 5 1 by supports not shown, at sea or on land.
  • the basin has a bottom 52 and side walls 53.
  • This basin has, in the embodiment shown, a funnel shape.
  • An upper edge 54 of the side walls 53 of the masonry 50 is here slightly higher than the level 6 of the high tide and its bottom 52 is substantially at the level 7 of the low tide.
  • the bottom of the masonry 50 is open to form the pipe 1 0 in which the turbine 15 as described above with its distributors (not shown in Figure 1 1) is arranged with its axis vertical, and the valve 40 (40 ').
  • the unidirectional turbine 1 5 is as previously coupled to an electric machine 30 functioning as alternator and / or motor via a shaft 3 1.
  • the portion of the pipe 1 0 outside the basin is connected to the sea.
  • FIGS 1 to 4 illustrate the filling of the tank 5 and Figures 5 to 7 illustrate its emptying.
  • FIG. 1 shows the installation at low tide and at the beginning of rising tide (phase I).
  • the valve 40 is closed.
  • the level of the tank 5 is then the level 7 of the low tide (tide of 0 meter).
  • the tide is rising.
  • Phase I begins at t 0 .
  • This phase extends until the tide reaches a level 100 such that its level difference with that of the reservoir, that is to say between the inside and the outside of the tank 5, reaches the first value h predetermined ls e.g. 1, 70 meter, phase, which can last, for example 1 hour (end of phase I to t 0 + 1 hour). No flow circulates during this phase in the pipe 10 and the moving equipment 1 5, 30 does not move.
  • the first predetermined value hi is then negative because the level inside the reservoir is lower than that of the outside.
  • FIG. 2 represents this operating phase II, for example at t 0 + 1, 5 hours, with a tidal level 101 equal, for example, to 2.50 meters.
  • Figure 3 shows the installation in the same phase II as that of Figure 2, with a tidal level 105 equal for example to 5 meters to + 3 hours.
  • the rated speed remains with a level difference between the inside and the outside of the tank 5 equal to hi and the flow continues according to the arrows F l.
  • the valve is closed (position 40) at high tide (t 0 + 6 hours) while the level difference between the inside and the outside of the tank 5 becomes zero.
  • the installation then enters the tide.
  • the different phases reproduce substantially identically by inverting the inner and outer levels.
  • the second predetermined value h 2 is now positive because the level inside the reservoir is greater than that of the outside. It is not necessarily equal in absolute value to hi to take into account any circumstances specific to the installation.
  • Figure 5 is the tide equivalent of Figure 1
  • Figure 6 is the equivalent of Figure 2
  • Figure 7 is the equivalent of Figure 4.
  • Arrows F2 indicate flows in the opposite direction of arrows F l.
  • phase I at rising tide for example between t 0 and t 0 + 1 hour as indicated above as an example
  • phase inverse at tide during which no flow circulates in line 10 and does not cross therefore the turbine 15
  • a complementary installation comprises for example one or more compressed gas tanks, in particular air, which are filled by one or more air compressors.
  • the air compressor or compressors are rotated by means of one or more electric motors whose power supply is advantageously provided by the electric machine 30 coupled to the turbine 15, during phase II at rising tide, and the phase corresponding inverse at tide. It is conceivable that 20% for example of the production of electricity by the electric machine 30 functioning as an alternator during this phase II and during the corresponding inverse phase (ebb tide) is assigned to the production of compressed air as relay energy. .
  • This compressed air contained in the compressed air reservoir (s) will supply one or more compressed air engines during phase I and the corresponding reverse phase, to rotate one or more other alternators connected to the compressed air engines which are powered by the reservoirs, in the absence of flow through the turbine 15, and thus ensure continuity of electricity production for the electricity network supplied by the tidal installation described.

Abstract

L'invention concerne une turbine hydraulique comportant un rotor pouvant tourner autour d'un axe longitudinal sensiblement vertical et disposé entre deux stators. Le rotor comporte des aubes présentant une section en chevron, et chaque stator comporte des aubes orientées pour diriger un flux liquide dans une direction convenable pour actionner les aubes du rotor. Installation marémotrice comportant une telle turbine hydraulique.

Description

TURBINE HYDRAULIQUE DESTINEE NOTAMMENT A UNE INSTALLATION MAREMOTRICE La présente invention concerne en premier lieu une turbine hydraulique et plus particulièrement une turbine actionnée par le mouvement des marées.
On connaît des installations marémotrices construites sur une côte maritime et comprenant un barrage fermant une anfractuosité de cette côte. C'est par exemple le cas de l'installation construite à l'embouchure de l'estuaire de la Rance, en France, où des turbines de type "bulbe" sont installées dans des conduites traversant le barrage. Ces turbines ont des pales orientables de sorte qu'elles tournent dans un sens ou dans l'autre suivant la direction du flux qui les entraîne, à marée montante ou à marée descendante.
Les inconvénients de cette technologie sont liés au fait que ces turbines sont complexes, en raison des éléments mobiles notamment, et coûteuses à fabriquer et à maintenir en état.
On connaît également des turbines unidirectionnelles, y compris dans des applications à des installations marémotrices. On appelle ici turbine unidirectionnelle une turbine dont le sens de rotation est le même quel que soit la direction du flux qui la traverse.
C'est ainsi que le document US-4,222,700 décrit une turbine unidirectionnelle possédant des aubes à section en chevron et prévoit son application à une installation marémotrice. Cette turbine présente une succession de rotors et de distributeurs engendrant ainsi d'énormes pertes de charge.
L'invention vise à fournir une turbine permettant d'optimiser l'énergie d'un flux important mais avec une pression faible.
Plus particulièrement, l'invention a pour but de fournir une installation marémotrice permettant de réduire les coûts de fabrication et de maintenance de cette installation par rapport aux installations connues. L'invention a également pour but de fournir une installation marémotrice dans laquelle la turbine fonctionne la plupart du temps dans des conditions optimales, quelle que soit la phase de la marée que l'on considère.
À cet effet, l'invention a tout d'abord pour obj et une turbine hydraulique comportant un' rotor pouvant tourner autour d'un axe longitudinal et disposé entre deux stators (ou distributeurs) .
Selon la présente invention, l'axe longitudinal est un axe sensiblement vertical ; le rotor comporte des aubes présentant une section en chevron, et chaque stator comporte des aubes orientées pour diriger un flux liquide dans une direction convenable pour actionner les aubes du rotor.
La position horizontale du rotor permet de bien profiter des faibles différences de pression en j eu lors de marées pour en tirer une énergie importante. L'axe sensiblement vertical, ainsi que la forme des aubes en chevron, permet d'avoir une mécanique très simple. La combinaison de caractéristiques proposée permet ainsi d'optimiser la structure d'une turbine, notamment lorsqu'elle est destinée à être utilisée dans une installation marémotrice.
Selon une forme de réalisation préférée, la turbine comporte un unique rotor. Cette forme permet de limiter les pertes de charge.
Il est également avantageusement prévu d'avoir un rotor avec des aubes (présentant une section en forme de chevron) fixées sur un moyeu. Les aubes sont ainsi des aubes fixes, permettant une conception simple de la turbine.
L'invention a également pour obj et une installation marémotrice comprenant une turbine hydraulique telle que décrite ci-dessus et une machine électrique tournante entraînée par ladite turbine, ladite turbine étant actionnée par le mouvement des marées, cette installation comprenant en outre :
- un réservoir susceptible de se remplir à marée montante et de se vider à marée descendante ;
- au moins une conduite entre l'intérieur et l'extérieur du réservoir en vue du remplissage du réservoir à marée montante et de la vidange du réservoir à marée descendante ;
- ladite turbine hydraulique étant placée dans ladite conduite pour entraîner la machine électrique tournante lors du remplissage et de la vidange du réservoir ; et
des moyens pour fermer ou ouvrir ladite conduite.
Dans un premier mode de réalisation particulier de l'installation marémotrice de l'invention, ledit réservoir est formé d'une anfractuosité naturelle d'une côte maritime, telle qu'une anse ou l'estuaire d'un fleuve, et d'un barrage fermant ladite anfractuosité, ladite conduite étant formée dans l'épaisseur dudit barrage.
Plus particulièrement, ladite conduite peut présenter en coupe axiale une forme sensiblement en S, débouchant sensiblement horizontalement à l'intérieur et à l'extérieur du réservoir, ladite turbine hydraulique étant disposée dans la partie médiane de la conduite avec son axe sensiblement vertical.
Dans un deuxième mode de réalisation particulier de l'installation marémotrice de l'invention, ledit réservoir est formé d'un bassin ayant un fond et des parois, ladite conduite étant formée dans le fond ou une paroi du bassin.
Plus particulièrement, ledit réservoir peut présenter une forme d'entonnoir, ladite turbine unidirectionnelle étant placée au fond dudit entonnoir avec son axe sensiblement vertical.
Egalement dans un mode de réalisation particulier de l'installation marémotrice de l'invention, les moyens pour fermer ou ouvrir ladite conduite peuvent comprendre un clapet et des moyens de commande et d'actionnement de l'ouverture et de la fermeture dudit clapet.
Avec une telle installation, un procédé de production d'énergie électrique peut être mis en œuvre à l'aide d'une machine électrique tournante entraînée par une turbine telle que décrite plus haut et actionnée par le mouvement des marées. Ce procédé peut comprendre les étapes consistant à :
- réaliser un réservoir susceptible de se remplir à marée montante et de se vider à marée descendante ;
ménager à proximité du fond du réservoir, au moins une conduite entre l'intérieur et l'extérieur du réservoir en vue du remplissage du réservoir à marée montante et de la vidange du réservoir à marée descendante ;
placer une turbine telle la turbine décrite ci-dessus dans ladite conduite pour entraîner une machine électrique tournante lors du remplissage et de la vidange du réservoir; et en utilisation :
fermer ladite conduite sensiblement à marée basse jusqu'à ce que la différence de niveau d'eau entre l'intérieur et l'extérieur du réservoir atteigne une première valeur prédéterminée (négative) ;
ouvrir alors ladite conduite pour permettre le remplissage du réservoir et l'entraînement de la machine électrique tournante par l'intermédiaire de la turbine hydraulique, sensiblement jusqu'à marée haute ;
fermer ladite conduite sensiblement à marée haute j usqu'à ce que la différence de niveau d'eau entre l'intérieur et l'extérieur du réservoir atteigne une deuxième valeur prédéterminée (positive) ;
ouvrir alors ladite conduite pour permettre la vidange du réservoir et l'entraînement de la machine électrique tournante par l'intermédiaire de la turbine hydraulique, sensiblement jusqu'à marée basse.
On peut dans ce procédé utiliser une turbine à aubes fixes grâce notamment à l'utilisation d'aubes à section en chevron. Il en résulte une réduction des coûts de fabrication et de maintenance de la turbine.
En fermant temporairement la conduite pendant les phases de marée faiblement montantes ou faiblement descendantes, et en mettant en conséquence à l'arrêt la turbine et la machine électrique tournante, on évite de faire tourner cet ensemble à de très faibles vitesses et avec de très mauvais rendements.
Dans un premier mode de mise en œuvre particulier du procédé proposé, ledit réservoir est réalisé en fermant par un barrage une anfractuosité d'une côte maritime, telle qu'une anse ou un estuaire de fleuve, et ladite conduite est formée dans l'épaisseur dudit barrage. Le barrage peut par exemple être construit entre les extrémités d'une anse ou en travers de l'embouchure d'un estuaire. Cette construction s'effectue en ménageant une ou plusieurs conduites traversant le voile du barrage, dans laquelle est placée la turbine hydraulique.
A marée montante, la partie de la conduite située entre l'extrémité extérieure de la conduite (côté mer) et la turbine forme le canal d'amené de l'eau, et la partie de la conduite située entre la turbine et l'extrémité intérieure de la conduite (côté anfractuosité de la côte) forme le canal de décharge de l'eau. La situation est inversée à marée descendante.
Dans un deuxième mode de mise en œuvre particulier du procédé proposé, ledit réservoir est réalisé en construisant un bassin ayant un fond et des parois, le fond étant sensiblement au niveau de la marée basse et les parois s'élevant sensiblement au niveau de la marée haute, et ladite conduite est formée dans le fond ou une paroi du bassin.
Egalement dans un mode de réalisation particulier, la différence de niveau d'eau entre l'intérieur et l'extérieur du réservoir est maintenue sensiblement constante à ladite première (respectivement deuxième) valeur prédéterminée durant le remplissage (respectivement la vidange) du réservoir, à l'exception de la fin de la phase de remplissage (respectivement la phase de vidange) où les niveaux tendent à s'égaliser.
Les caractéristiques de la turbine selon la présente invention peuvent être choisies de manière à être optimales pour le différentiel de pression amont/aval correspondant à la différence de niveau d'eau. La turbine selon l'invention fonctionne donc à son régime nominal pendant l'essentiel du cycle de marée.
La présente invention est maintenant décrite plus en détails en référence au dessin schématique annexé sur lequel :
- les figures 1 à 7 illustrent de manière schématique des phases successives d'un procédé mettant en œuvre une turbine selon l'invention,
- la figure 8 est une vue schématique en perspective d'une turbine selon l'invention, - la figure 9 est un plan de masse en coupe du barrage d'une installation marémotrice selon l'invention,
- la figure 10 est une vue à plus grande échelle du détail X de la figure 9, et
- la figure 1 1 illustre de manière schématique un autre mode de réalisation en coupe selon un plan vertical.
Si l'on se réfère aux figures 1 à 7, on voit un barrage 1 constitué d'un mur 2 vertical, posé sur un radier 3 et soutenu de part et d'autre par des contreforts 4. Le barrage 1 est par exemple construit entre les deux rives d'un estuaire (non représenté).
Le barrage 1 délimite, avec les parties des berges de l'estuaire situées en amont du barrage, un réservoir 5 de retenue. En aval du barrage se trouve donc la mer dont le niveau oscille en fonction des marées entre un niveau 6 de marée haute et un niveau 7 de marée basse. Il ne sera pas tenu compte ici des coefficients de marée, sans incidence sur la description qui suit.
On se référera maintenant plus particulièrement aux figures 9 et 10.
On appellera ci-après l'intérieur du réservoir 5 le côté amont du barrage 1 , et son extérieur le côté mer.
Lors de la construction du barrage 1 , des conduites 1 0 sont ménagées dans le mur 2 du barrage 1 entre les contreforts 4, longitudinalement selon la longueur du barrage. Ces conduites 1 0 traversent le mur 2 pour relier l'intérieur et l'extérieur du réservoir 5.
Une conduite 10 présente en coupe axiale une forme 1 1 sensiblement en S (figure 1 ), et débouche à ses extrémités à la fois à l'intérieur et à l'extérieur du réservoir 5 avec son axe horizontal . Une inclinaison de l'axe de la conduite 10 avec l'horizontale à ses débouchés est néanmoins envisageable dans un but d'optimisation de l'écoulement de l'eau.
Dans sa partie médiane, l'axe de la conduite 10 est vertical et une turbine 1 5 unidirectionnelle est installée en cet emplacement sur des supports non représentés, avec son axe vertical. La turbine 1 5 est dite unidirectionnelle car quel que soit le sens de passage de l'eau dans la conduite 1 0, la turbine 1 5 tourne dans le même sens.
La turbine 1 5 unidirectionnelle comporte un rotor 1 6 et deux stators ou di stributeurs 1 7 (un seul étant représenté à la figure 8), disposés de part et d'autre du rotor 1 6. Il est à noter que par souci de simplification, les distributeurs 17 de la turbine 1 5 n' ont pas été représentés sur les figures 1 à 7, la turbine 1 5 ayant été i llustrée sur ces figures par la représentation schématique du rotor 1 6 seul .
Le rotor de la turbine 1 5 présente un moyeu 20 (figure 8) sur lequel sont fixées des aubes 2 1 à section en chevron. Les aubes 2 1 présentent ainsi une première partie formant une première pale avec une première orientation et une seconde partie formant une seconde pale avec une seconde orientation. La première pale forme avec la seconde pale l'aube 21 correspondante à la manière d'un dièdre. Chaque distributeur 1 7 comporte des aubes 22 orientées pour diriger le flux liquide dans la direction convenable pour actionner les aubes 2 1 de manière optimale quel que soit le sens d'écoulement de l'eau. Les aubes 22 d'un distributeur 1 7 sont ainsi sensiblement parallèles à ladite première direction tandi s que les aubes 22 de l'autre di stributeur 1 7 sont sensiblement parallèles à ladite seconde direction. Comme on peut ainsi le voir sur la figure 10 , à marée montante les aubes du distributeur se trouvant sous le rotor 16 orientent ainsi l'eau dans la conduite 1 0 pour qu'elle arrive de manière optimale sur les aube s 2 1 du rotor. À l'inverse à marée descendante les aubes du distributeur se trouvant au-dessus du rotor 1 6 orientent ainsi l'eau dans la conduite 1 0 pour qu'elle arrive de manière optimale sur les aubes 21 du rotor.
Une machine électrique 30 e st accouplée un arbre 3 1 de la turbine 1 5 (figure 9) . Elle fonctionne en alternateur de manière à fournir de l'électricité lorsque la turbine 1 5 e st entraînée par le flux d'eau. Le système peut éventuellement être réversible, de manière que la turbine 1 5 pui sse fonctionner aussi en pompe lorsqu'elle est entraînée par la machine électrique 30 alimentée en moteur électrique.
Le rotor 16 de la turbine 1 5 e st dispo sé horizontalement et tourne autour d'un axe vertical correspondant à un axe longitudinal de l'arbre 3 1 . Cette orientation présente plusieurs avantages.
De par son orientation horizontale, le rotor 16 peut fonctionner avec une faible variation de pression. Il est possible de prévoir ainsi un rotor de grand diamètre, c'est-à-dire plusieurs mètres. En adaptant la surface des aubes 21 , on peut alors obtenir un couple important permettant d'optimiser la récupération d'énergie lors du passage de l'eau dans la conduite 10, tant à la montée qu'à la descente de la marée.
La disposition verticale de l'arbre 3 1 permet quant à elle de disposer la machine électrique 30 sur le mur 2. La machine électrique 30 peut alors être disposée au-dessus du niveau de la mer facilitant ainsi son accès et son entretien. De plus, aucun renvoi n'est nécessaire permettant d'avoir une mécanique simple.
Un passage contrôlé du flux de marnage permet que tout le débit soit concentré sur les aubes/pales en chevron situées le plus loin possible de l'axe du moyeu central, et fonction du volume disponible.
Si le débit sur les pales/aubes situées à une grande distance (de préférence une distance maximale possible en fonction des contraintes environnantes et des performances visées) de l'axe d'entraînement de la machine électrique (alternateur), on obtient un couple important (maximum) pour entraîner l'alternateur, et donc une puissance disponible importante (maximum).
Même si le débit est lent, grâce au couple important ainsi obtenu, la puissance obtenue devient très importante. Toute l'énergie est dissipée dans les aubes à section en chevron. Une roue à aubes à section en chevron capte un maximum d'énergie disponible en turbinant. La restitution d'énergie au distributeur de sortie est très faible. Le montage d'une succession de rotor diminuerait le rendement de la turbine à cause des pertes de charge énormes dues aux divers passage entre les rotors et les distributeurs, et les derniers rotors seraient même un frein pour le premier rotor.
Le réglage de l'angle des aubes du distributeur par rapport à l'angle des pales des aubes du rotor est évidemment très important ici pour limiter les pertes de charge . L'installation selon l'invention comprend en outre un clapet destiné à fermer ou ouvrir la conduite 10. Pour une meilleure compréhension des dessins, ce clapet est représenté aux figures à la fois dans sa position fermée avec la référence 40 et dans sa position ouverte avec la référence 40' .
Le clapet 40 est ici constitué par un panneau généralement plan monté pivotant autour d'un axe horizontal 41 sur une chape 42 (figure 10).
La chape 42 est installée de toute manière convenable sur l'extérieur du mur 2 du barrage 1 . Ainsi, le clapet 40 peut ici s'ouvrir vers l'extérieur du réservoir 5. Des moyens 43 de commande et d'actionnement de l'ouverture et de la fermeture du clapet 40 sont prévus pour assurer les mouvements du clapet 40. La commande peut être manuelle, ou asservie à des prévisions d'éphéméride des marées, ou asservie à des mesures de pression ou autres.
La figure 1 décrit un autre mode de réalisation d'une installation marémotrice selon l'invention. Les éléments correspondants à ceux des figures précédemment décrites ont reçu la même référence. Il est à noter que par souci de simplification, les distributeurs de la turbine 1 5 n' ont pas été représentés sur la figure 1 1 , la turbine 1 5 ayant été illustrée sur cette figure de manière figurative.
Ici, le réservoir 5 est formé d'un bassin délimité par une construction en maçonnerie 50 réalisée de préférence à proximité du rivage d'une mer ou d' un océan bien entendu doté de marées, et installée sur le sol 5 1 par des supports non représentés, en mer ou à terre. Le bassin possède un fond 52 et des parois latérales 53.
Ce bassin possède, dans le mode de réalisation représenté, une forme d'entonnoir. Un bord supérieur 54 des parois latérales 53 de la maçonnerie 50 est ici légèrement plus haut que le niveau 6 de la marée haute et son fond 52 est sensiblement au niveau 7 de la marée basse.
Le fond de la maçonnerie 50 est ouvert pour former la conduite 1 0 dans laquelle la turbine 15 telle que décrite ci-dessus avec ses distributeurs (non représentés sur la figure 1 1 ) est disposée avec son axe vertical, ainsi que le clapet 40 (40'). La turbine unidirectionnelle 1 5 est comme précédemment accouplée à une machine électrique 30 fonctionnant comme alternateur et/ou moteur par l'intermédiaire d'un arbre 3 1 .
La partie de la conduite 1 0 extérieure au bassin est reliée à la mer.
On revient maintenant aux figures 1 à 7 pour décrire la commande et le fonctionnement de l'installation marémotrice qui vient d'être décrite en référence à ces dites figures. Il va de soi pour l'homme de métier que la commande et le fonctionnement de l'installation marémotrice de la figure 1 1 sont équivalents.
Les figures 1 à 4 illustrent le remplissage du réservoir 5 et les figures 5 à 7 illustrent sa vidange.
La figure 1 représente l'installation à marée basse et en début de marée montante (phase I) . Le clapet 40 est fermé. Le niveau du réservoir 5 est alors le niveau 7 de la marée basse (marée de 0 mètre) . La marée est montante. La phase I débute à t0.
Cette phase s'étend jusqu'à ce que la marée atteigne un niveau 100 tel que sa différence de niveau avec celui du réservoir, c'est-à-dire entre l'intérieur et l'extérieur du réservoir 5 , atteigne la première valeur prédéterminée hl s par exemple 1 ,70 mètre, phase qui peut par exemple durer 1 heure (fin de la phase I à t0 + 1 heure) . Aucun flux ne circule durant cette phase dans la conduite 10 et l'équipage mobile 1 5, 30 ne se déplace pas. La première valeur prédéterminée hi est alors négative du fait que le niveau à l'intérieur du réservoir est inférieur à celui de l'extérieur.
Le clapet 40 est alors ouvert (position 40') et l'installation entre en phase II de fonctionnement (régime nominal) . La figure 2 représente cette phase II de fonctionnement, par exemple à t0 + 1 ,5 heure, avec un niveau de marée 101 égal par exemple à 2,50 mètres.
Durant cette phase, un flux circule dans la conduite 10 de l'extérieur à l'intérieur du réservoir conformément aux flèches F l et la turbine entraîne l'alternateur. Les caractéristiques de l'installation, notamment le débit de la ou des turbines, ont été déterminées par l'homme de métier, compte tenu de l'amenée éventuelle d'eau par le fleuve alimentant l'estuaire, de manière que la différence de niveau entre l'intérieur et l'extérieur du réservoir 5 demeure constante, égale à
La figure 3 montre l'installation dans la même phase II que celle de la figure 2, avec un niveau de marée 105 égal par exemple à 5 mètres à to + 3 heures. Le régime nominal demeure avec une différence de niveau entre l'intérieur et l'extérieur du réservoir 5 égale à hi et le flux se poursuit selon les flèches F l .
Ce régime nominal cesse (entrée en phase III lorsque la différence de niveau h entre l'intérieur et l'extérieur du réservoir 5 devient inférieure à h] du fait que la marée devient peu à peu étale haute et que les niveaux intérieur et extérieur s'égalisent peu à peu (figure 4). Le clapet reste néanmoins ouvert (position 40') pour laisser les niveaux s'égaliser et le flux se poursuit selon les flèches F l avec un débit diminuant.
Le clapet est fermé (position 40) à marée haute (t0 + 6 heures) alors que la différence de niveau entre l'intérieur et l'extérieur du réservoir 5 devient nulle.
L'installation entre alors en régime de marée descendante. Les différentes phases se reproduisent sensiblement à l'identique en inversant les niveaux intérieur et extérieur. La deuxième valeur prédéterminée h2 est maintenant positive du fait que le niveau à l'intérieur du réservoir est supérieur à celui de l'extérieur. Elle n'est d'ailleurs pas nécessairement égale en valeur absolue à hi pour tenir compte d'éventuelles circonstances particulières à l'installation.
La figure 5 est l'équivalente à marée descendante de la figure 1 , la figure 6 est l'équivalente de la figure 2, et la figure 7 est l'équivalente de la figure 4. Les flèches F2 indiquent des flux en sens inverse des flèches F l .
Les phases de temps mort, c' est-à-dire la phase I à marée montante, par exemple comprise entre t0 et t0 + 1 heure comme indiqué plus haut à titre d' exemple, et la phase correspondante inverse à marée descendante, durant lesquelles aucun flux ne circule dans la conduite 10 et ne traverse donc la turbine 15 , peuvent être compensées par une production d' électricité fournie par une ou plusieurs installations complémentaires comme décrites ci-dessous.
Une installation complémentaire (non représentée) comprend par exemple un ou plusieurs réservoirs de gaz comprimé, notamment de l' air, qui sont remplis par un ou plusieurs compresseurs d' air. Le ou les compresseurs d' air sont entraînés en rotation au moyen d'un ou plusieurs moteurs électriques dont l' alimentation électrique est avantageusement fournie par la machine électrique 30 accouplée à la turbine 15 , pendant la phase II à marée montante, et la phase correspondante inverse à marée descendante. Il est possible de concevoir que 20 % par exemple de la production d' électricité par la machine électrique 30 fonctionnant comme alternateur durant cette phase II et durant la phase correspondant inverse (marée descendante) soit affectée à la production d' air comprimé comme énergie relais. Cet air comprimé contenu dans le ou les réservoirs d' air comprimé alimentera un ou plusieurs moteurs à air comprimé durant la phase I et la phase correspondante inverse, pour faire tourner un plusieurs autres alternateurs reliés aux moteurs à air comprimé qui sont alimentés par le ou les réservoirs, en l' absence de flux traversant la turbine 15 , et assurer ainsi une continuité de production d' électricité pour le réseau électrique alimenté par l' installation marémotrice décrite.
Bien que la description qui précède soit limitée à une installation marémotrice, il n'est pas exclu d'utiliser une turbine selon la présente invention dans un autre environnement, par exemple sur un cours d'eau.
De manière plus générale, la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites ci-dessus à titre d'exemples non limitatifs mais elle couvre également toutes les variantes de réalisation à la portée de l'homme du métier dans le cadre des revendications ci-après.

Claims

REVENDICATIONS
1. Turbine hydraulique comportant un rotor pouvant tourner autour d'un axe longitudinal et disposé entre deux stators,
caractérisée en ce que l'axe longitudinal est un axe sensiblement vertical,
en ce que le rotor comporte des aubes présentant une section en chevron, et
en ce que chaque stator comporte des aubes orientées pour diriger un flux liquide dans une direction convenable pour actionner les aubes du rotor.
2. Turbine hydraulique selon la revendication 1 , caractérisée en ce qu'elle comporte un unique rotor.
3. Turbine hydraulique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les aubes présentant une section en forme de chevron sont fixées sur un moyeu de rotor.
4. Installation marémotrice, caractérisée en ce qu'elle comprend :
- une turbine hydraulique selon l'une des revendications 1 à 3 ,
- une machine électrique tournante entraînée par ladite turbine hydraulique, ladite turbine unidirectionnelle étant actionnée par le mouvement des marées,
- un réservoir (5 ; 50) susceptible de se remplir à marée montante et de se vider à marée descendante ;
- au moins une conduite ( 10) entre l'intérieur et l'extérieur du réservoir en vue du remplissage du réservoir à marée montante et de la vidange du réservoir à marée descendante, ladite turbine hydraulique ( 15) étant placée dans ladite conduite pour entraîner la machine électrique tournante (30) lors du remplissage et de la vidange du réservoir ; et
- des moyens (40, 43) pour fermer ou ouvrir ladite conduite .
5. Installation marémotrice selon la revendication 4, caractérisée en ce que le réservoir est formé d'une anfractuosité naturelle (5) d'une côte maritime, telle qu'une anse ou l'estuaire d'un fleuve, et d'un barrage ( 1 ) fermant ladite anfractuosité, ladite conduite étant formée dans l'épai sseur dudit barrage .
6. Installation marémotrice selon lune des revendications 4 ou 5 , caractérisée en ce que la conduite présente en coupe axiale une forme ( 1 1 ) sensiblement en S , débouchant sensiblement horizontalement à l'intérieur et à l' extérieur du réservoir, ladite turbine hydraulique étant disposée dans la partie médiane de la conduite avec son axe sensiblement vertical .
7. Installation marémotrice selon la revendication 4, caractéri sée en ce que le réservoir est formé d'un bassin (50) ayant un fond et des parois, ladite conduite étant formée dans le fond ou une paroi du bassin.
8. Installation marémotrice selon la revendication 7, caractérisée en ce que le réservoir présente une forme d'entonnoir, la turbine hydraulique étant placée au fond dudit entonnoir avec son axe sensiblement vertical .
9. Installation marémotrice selon l ' une des revendications 4 à 8 , caractérisée en ce que les moyens pour fermer ou ouvrir ladite conduite comprennent un clapet (40) et des moyens (43) de commande et d'actionnement de l'ouverture et de la fermeture dudit clapet.
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