WO2014087002A1 - Generateur hydraulique a convoyeurs, notamment generateur d'electricite, a haute densite energetique, pour eaux libres ou a faible pente - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un système (1, 2) de récupération de l'énergie hydraulique au fil de l'eau entraînant un convoyeur (12) en un circuit sans fin autour d'au moins deux arbres (A111, A112) horizontaux. Selon l'invention, ce système est implanté dans une position où l'axe de traction est incliné par rapport au courant (99), voire lui est perpendiculaire. Le système présente ainsi directement au flux d'eau au moins une partie de la largeur de tous les éléments récepteurs (13), ou pales, situés dans la partie motrice du circuit. Grâce à l'invention, les pales (13) ont l'avantage de pouvoir d'être très rapprochées les unes des autres. Selon l'invention, les pales peuvent aussi être fixées en biais entre les convoyeurs, l'angle de la machine pouvant alors s'éloigner encore de l'axe du courant, par exemple jusqu'à lui être perpendiculaire Le système peut capter ainsi une plus grande largeur de flux, et être moteur sur la totalité du trajet des pales s'il est entièrement immergé.

Description

« Générateur hydraulique à convoyeurs, notamment générateur d'électricité, à haute densité énergétique,

pour eaux libres ou à faible pente » L'invention concerne un système de récupération de l'énergie hydraulique au fil de l'eau entraînant un convoyeur en un circuit sans fin autour d'au moins deux arbres horizontaux. Selon l'invention, ce système est implanté dans une position où l'axe de traction est incliné par rapport au courant, voire lui est perpendiculaire. Le système présente ainsi directement au flux d'eau au moins une partie de la largeur de tous les éléments récepteurs, ou pales, situés dans la partie motrice du circuit.

Grâce à l'invention, les pales ont l'avantage de pouvoir d'être très rapprochées les unes des autres. Selon l'invention, les pales peuvent aussi être fixées en biais entre les convoyeurs, l'angle de la machine pouvant alors s'éloigner encore de l'axe du courant, par exemple jusqu'à lui être perpendiculaire Le système peut capter ainsi une plus grande largeur de flux, et être moteur sur la totalité du trajet des pales s'il est entièrement immergé. Etat de la technique

Parmi les machines utilisées pour produire de l'énergie à partir d'un flux d'eau, l'une des architectures connues depuis longtemps consiste à lui faire entraîner en rotation, autour d'un axe transversal au courant, un ensemble mobile portant une série de pales ou d'augets, disposés eux aussi en travers du courant. La rotation de cet ensemble mobile fournit alors une énergie mécanique, qui a longtemps été utilisée directement pour entraîner un mécanisme, comme dans un moulin à eau. Depuis le XIX° siècle, elle est aussi utilisée pour entraîner une génératrice électrique.

Souvent, et depuis très longtemps, un tel ensemble mobile présente la forme d'une roue circulaire tournant autour d'un axe horizontal et perpendiculaire au courant, disposé dans un canal étroit alimenté par une retenue d'eau présentant une certaine hauteur de chute.

Ce type de machine est particulièrement adapté aux sites présentant une faible dénivellation, dont l'aménagement ne permet d'obtenir qu'une faible hauteur de chute, typiquement inférieure ou égale à 10 mètres. Pour ces sites, d'autres architectures comme les turbines dans l'axe du courant sont souvent moins intéressantes, par exemple car elles sont coûteuses et nécessitent des travaux de génie civil d'aménagement importants.

Par ailleurs, les emplacements présentant une dénivellation permettant l'implantation d'une retenue sont en nombre limité, et une telle implantation représente des travaux non négligeables. Il est donc intéressant de pouvoir capter la force du courant sans nécessiter de retenue.

Parmi les machines à axe transversal au courant, une autre solution souvent proposée est de fixer des pales planes sur un convoyeur flexible, par exemple une ou plusieurs chaînes, qui est tendu et tourne en un circuit fermé autour de plusieurs arbres d'axes perpendiculaires au courant et parallèles entre eux, souvent dans un même plan horizontal. Cette disposition permet en particulier de diminuer l'encombrement vertical. Ce convoyeur se déplace alors sur un trajet parallèle au courant qui comprend d'une part une partie motrice ou de travail où les pales reçoivent l'énergie hydraulique, et d'autre part une partie retour située en dehors de l'eau. Sur la partie motrice, les pales entraînent le convoyeur qui entraîne une roue fixée à l'un des arbres, lequel restitue l'énergie mécanique sous forme de rotation. Ainsi, le document FR 2 970 525 décrit une installation comprenant deux câbles formant des convoyeurs décrivant un circuit fermé autour de deux arbres horizontaux perpendiculaires au courant.

D'autres documents proposent des systèmes où les arbres sont en travers du plan du flux d'eau. Le document propose ainsi des arbres verticaux dans le document US 2004/174019, et l'eau traverse deux fois le trajet des convoyeurs. Le document US 4 642 022 propose une machine placée derrière une chute d'eau, avec quatre arbres horizontaux dans l'axe du cours d'eau. Le trajet inférieur est situé sous la chute et reçoit l'eau verticalement. Les pales du trajet inférieur ne sont pas immergées et le flux leur parvient verticalement, c'est-à-dire dans un plan perpendiculaire aux arbres.

Bien que ce type d'architecture soit connu depuis longtemps, il est peu employé et demanderait à être amélioré. En particulier, le rendement obtenu gagnerait à être amélioré, et varie notablement en fonction du type d'implantation. Il serait intéressant aussi d'augmenter la quantité d'énergie qui peut être récupérée à partir du flux.

Un but de l'invention est de conserver ou améliorer le plus possible les qualités propres à ce type d'architecture à convoyeur tout en améliorant certains points, et en particulier :

- les performances de rendement et de capacité maximale pouvant être installée,

- les qualités de versatilité selon les sites, en particulier vis-à-vis des contraintes d'installation et d'exploitation et portant par exemple sur l'encombrement, l'esthétique, les interférences vis-à-vis de la faune, et

- la simplicité, la standardisation et le coût de fabrication et d'installation et d'exploitation. Exposé de l'invention

L'invention propose un système de récupération de l'énergie hydraulique d'un flux d'eau, y compris offrant une pente faible ou nulle, comme dans un cours d'eau naturel ou artificiel ou possiblement dans le cadre d'une retenue de faible hauteur de chute, par exemple de moins de 4 m. Typiquement il s'agit d'un flux continu, c'est à dire présentant uniquement une phase liquide, plutôt que dans une partie en chute libre comme une cascade. Ce système est du type comprenant une succession d'éléments récepteurs, dits pales, aptes à capter l'énergie potentielle et/ou cinétique de l'eau pour entraîner un ou plusieurs éléments flexibles dit convoyeurs en un circuit sans fin autour d'au moins un premier arbre dit avant et un deuxième arbre dit arrière, qui est parallèle audit arbre avant.

Ces deux arbres sont typiquement parallèles au plan dudit flux d'eau, c'est-à-dire le plus souvent horizontaux.

Ce circuit comprend au moins d'une part une partie dite motrice dans laquelle lesdits éléments récepteurs sont immergés et entraînés vers l'arbre arrière par le flux d'eau et d'autre part une partie dite retour dans laquelle lesdits éléments récepteurs sont ramenés vers l'arbre avant.

Selon une particularité non obligatoire de l'invention, la direction des convoyeurs fait avec le flux d'eau un angle d'incidence non nul déterminé pour que le flux d'eau présente avec la corde des pales un angle d'attaque entre 20° et 60°, voire entre 25° et 50°.

Typiquement, la partie motrice est la partie inférieure du circuit, tandis que la partie retour comprend la partie supérieure du circuit. L'une des parties de liaison entre le haut et le bas peut aussi être utilisée comme partie motrice, par exemple celle située du côté de ou autour de l'arbre avant.

Le trajet des éléments récepteurs présente ainsi une direction formant un angle non nul avec la direction du courant, au moins dans la partie motrice, présentant ainsi directement au flux d'eau au moins une partie de la largeur d'une pluralité d'éléments récepteurs.

Etant donné que tous les éléments de la partie motrice reçoivent directement le flux, il est ainsi possible de réaliser une machine beaucoup plus longue que dans les architectures connues, dans lesquelles les premières pales masquent les suivantes et leur font perdre une grande partie de leur efficacité.

Chaque élément récepteur reçoit ainsi une partie « individuelle » du flux d'eau par son extrémité située du côté amont, c'est-à-dire du côté d'où provient le courant. Ce flux individuel circule le long de la surface de l'élément récepteur tout en continuant à lui transmettre son énergie cinétique selon une composante dans l'axe des convoyeurs. Ce flux individuel, dans sa majorité, quitte l'élément récepteur par son extrémité opposée, c'est-à-dire située du côté aval, c'est-à-dire du côté vers où s'écoule le courant. Ainsi, les différents flux individuels reçus par les différents éléments récepteurs sont en outre quasiment parallèles entre eux, ce qui permet des écoulements plus laminaires et crée entre eux beaucoup moins de turbulences que dans la situation de l'état de la technique où tous les éléments récepteurs font face à la direction du courant.

Du fait de cette inclinaison de la direction de circulation du convoyeur par rapport au courant, tous les éléments récepteurs ont un côté amont qui reçoit le flux directement, sans être masqué par les autres éléments récepteurs situés plus en avant sur le convoyeur, par rapport au courant ou par rapport au sens du déplacement moteur. Ce résultat est ainsi obtenu même dans un cours d'eau ne comprenant pas d'aménagement de déviation du flux, ce qui simplifie l'installation et/ou augmente le rendement obtenu.

L'axe du convoyeur peut être ajusté par rapport à la direction du courant selon un angle qui est déterminé en fonction des caractéristiques du cours d'eau, par exemple profondeur, débit, étiage, statistiques de variations, etc. Ainsi, les pales se présentent au courant sous une incidence qui favorise le captage d'énergie, et qui permet de les implanter de façon beaucoup plus rapprochée, puisqu'elles se perturbent moins entre elles. On augmente ainsi le nombre de pales et la surface active pour une même dimension de convoyeur, ce qui améliore la compacité de la machine et donc sa densité énergétique.

Il est ainsi possible d'augmenter la puissance installée en allongeant la machine, en perdant beaucoup moins de rendement. Il est par exemple envisageable d'occuper la totalité de la largeur disponible d'un cours d'eau, avec une machine dont la longueur représentera par exemple 1,4 fois la largeur disponible du cours d'eau dans le cas d'une inclinaison du convoyeur de 45°.

Il est à noter qu'un tel mécanisme ne représente pas de gêne pour la faune aquatique entre l'amont et l'aval, puisque l'écartement des pales permet tout à fait le passage entre elles et que leur vitesse ne présente pas de danger lors de cette traversée.

L'invention fournit ainsi un système de récupération de l'énergie hydraulique d'un flux d'eau même pour un dénivelé faible ou nul, dès lors que le courant présente un certain débit et/ou vitesse, possiblement sans travaux de génie civil spécifique ou important.

Un tel système peut être implanté sur des sites existants, en un encombrement réduit, avec pas ou peu de travaux de génie civil pour l'adaptation du site, en canal horizontal ou incliné ou en eaux libres. Il permet par exemple d'utiliser des ouvrages existants, par exemple en récupérant l'énergie restante à la sortie d'un système existant.

Cette architecture permet une certaine simplicité du mécanisme, qui apporte un coût peu élevé et une bonne fiabilité, et permet ainsi de mieux exploiter des sites de hauteur de chute ou dénivellation d'eau faible voire nulle. Elle permet aussi de minimiser l'impact sur la faune, car les dimensions et la vitesse de déplacement des pales permettent aux espèces migratrices comme aux sédentaires de franchir la machine, possiblement sans risque pour la faune et sans interrompre le fonctionnement du système.

Ainsi, différentes versions au fil de l'eau peuvent être facilement déclinées en adaptant la géométrie de l'entrée d'eau et l'ancrage, par exemple dans des fleuves à faible pente mais à fort débit, ou dans les canaux d'irrigation ou de circulation.

En adaptant la longueur de la machine au site d'installation, possiblement en combinaison avec le choix de son angle d'installation, il est ainsi possible d'optimiser la puissance fournie, avec une grande souplesse lors de la conception. Les différents modes d'implantation procurent une bonne souplesse d'adaptation aux différentes configurations de sites, en minimisant les composants à réaliser sur-mesure, tout en conservant une telle optimisation du rendement.

Une telle machine peut être réalisée dans des tailles modestes, par exemple pour équiper un lieu présentant une pente faible qui ne permettrait pas d'obtenir une hauteur de chute importante, par exemple moins de 1 mètre sur une longueur de un à deux mètres. De telles machines peuvent fournir typiquement une puissance de l'ordre quelques kilowatts.

Il est ainsi possible de réaliser de manière relativement simple et économique des machines d'une longueur de l'ordre de 1 à 2m, par exemple pour une puissance de l'ordre de 2 à 3kW.

L'architecture envisagée permet aussi d'envisager des machines de 100 à 200 kW pour une longueur de 12 à 15 mètres, une largeur de 4 à 5 mètres, une hauteur de 3 à 4 mètres et une masse de 15 tonnes environ, en particulier avec de grandes longueurs.

La machine est simple à fabriquer, par exemple en assemblage de type mécano soudé, et réalisable à partir d'éléments industriels courants.

Elle est aussi simple à installer et à exploiter et sans empreinte permanente sur l'environnement.

Bien que l'application la plus classique consiste à récupérer l'énergie sous forme électrique, par exemple par un alternateur, l'invention peut tout à fait restituer son énergie sous d'autres formes, par exemple en entraînant un générateur de pression hydraulique ou tout autre mécanisme.

Exemples de particularités optionnelles de l'invention

Selon une particularité de l'invention, les convoyeurs comprennent une ou plusieurs bandes sans fin dont la largeur cumulée représente au moins 75% de la largeur couverte par les pales, de préférence une bande unique couvrant la totalité de la largeur couverte.

Cette architecture permet de fournir une bonne rigidité dans le plan du convoyeur. On peut ainsi obtenir une bonne résistance à l'effort transversal du à l'inclinaison des pales par rapport au courant, tout en conservant une structure légère et de fabrication simple. Il est ainsi parfois possible de limiter ou d'éviter la nécessité de guidage latéral de convoyeurs.

Selon d'autres particularités, pouvant être combinées entre elles de différentes façons :

- Les pales peuvent être prévues sous une forme repliable dans la partie retour de leur trajet. Cependant, on pourra aussi préférer des pales d'un seul tenant voire d'une seule pièce, pour plus de simplicité et de fiabilité.

- Les palettes peuvent être munies de bords d'attaque et de bord de fuite profilés, et/ou la surface des palettes est constituée de matériaux rigides, semi-rigides ou souples de façon à conserver au mieux un écoulement laminaire du courant et à réduire au mieux les turbulences néfastes au rendement. Ils peuvent être renforcés pour supporter l'abrasion des eaux chargées.

- Le système de transmission peut être guidé sur un support rigide, et un système de galets permet de réduire les frottements mécaniques néfastes au rendement énergétique de la machine.

- La machine peut être dotée d'un côté ou des deux de déviateurs de flux qui concentrent le courant et accélèrent sa vitesse par effet venturi. Lesdits déviateurs sont constitués de surfaces continues, par exemple solidaires du châssis ou rapportées ultérieurement sur le lit du cours d'eau. Exemples de modes de réalisation

Des modes de réalisation variés de l'invention sont prévus, intégrant les différentes caractéristiques optionnelles exposées ici selon l'ensemble de leurs combinaisons possibles.

Selon un premier exemple de mode de réalisation, les pales sont implantées perpendiculaires aux convoyeurs, et la machine est implantée de façon oblique par rapport au courant, c'est-à-dire que les convoyeurs font un angle non nul avec le courant, ce qui permet d'exposer simultanément chacune de ses pales au courant au moins dans la partie motrice.

Par exemple, la direction de circulation des convoyeurs fait avec la direction du flux d'eau un angle compris entre 85° et 20° ou 30°, voire entre 80° et 40°.

Selon un deuxième exemple mode de réalisation, les pales sont implantées de façon oblique par rapport aux convoyeurs. L'angle des convoyeurs avec le courant peut alors être encore augmenté, par exemple jusqu'à 90°, ce qui permet d'augmenter encore la section de flux captée par chaque unité de longueur du convoyeur. Les pales peuvent ainsi capter plus de flux, ou il est possible de rapprocher les pales et ainsi d'augmenter la surface totale de captage.

Une variante intéressante du deuxième mode de réalisation présente une configuration dans laquelle les convoyeurs forment un angle de 90° avec la direction du flux d'eau, et les pales présentent un angle de pales non nul avec la perpendiculaire aux convoyeurs.

Dans cette configuration, on notera que les pales sont motrices sur toute la longueur de leur trajet, même sur la partie retour si celle-ci immergée. Si la profondeur du flux ou du cours d'eau le permet, on pourra donc prévoir une configuration immergée pour augmenter l'énergie captée.

De plus, dans cette configuration, une inversion du sens de circulation du flux d'eau changera le sens de rotation des convoyeurs mais continuera à fournir une puissance motrice. Il est ainsi prévu d'installer une configuration de ce type dans un site où le flux peut changer de sens au fur et à mesure du temps. Liste des figures

D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée d'un mode de mise en œuvre nullement limitatif, et des dessins annexés, qui ne sont pas à l'échelle, sur lesquels :

- les FIGURE 1 et FIGURE 2 sont des schémas illustrant un système selon l'invention dans un premier exemple de mode de réalisation, à circuit rectangulaire formé par un arbre et deux demi-arbres en amont du circuit de la machine et deux arbres en aval du circuit de la machine, avec pales complètement rabattables formées de palettes repliables, respectivement en coupe horizontale au niveau de l'eau en vue de dessus, et en coupe de côté ;

- les FIGURE 3, FIGURES 4a et b sont des schémas illustrant la mise en place d'un système selon l'invention dans un mode de réalisation avec flottaison puis dépôt sur le fond en oblique par rapport au courant et avec concentration par gabions,

o FIGURE 3 : en vue de dessus dans deux positions,

o FIGURE 4a et FIGURE 4b : en vue en coupe parallèles aux arbres, en position de flottaison et déposé sur le fond ;

- la FIGURE 5 est un schéma en coupe de côté illustrant un système selon l'invention dans un deuxième exemple de mode de réalisation, dans lequel les pales sont formées par deux palettes escamotables partiellement par déformation d'un élément de rappel élastique,

o FIGURE 5a : en vue de détail dans une configuration à bloc déformable, et

o FIGURE 5b : en vue de détail dans une variante à ressort à spires jointives ;

- les FIGURE 6a à FIGURE 6c sont des schémas partiels en vue de dessus d'une pale en position ouverte, dans différentes variantes respectivement,

o en FIGURE 6a : avec palettes rigides planes,

o FIGURE 6b : avec palettes rigides, semi rigides ou souples, galbées et profil à double surface, et

o FIGURE 6c : avec palettes rigides, semi rigides ou souples à simple surface et gousset de bord d'attaque ; la FIGURE 7 est un schéma partiel en vue de face illustrant une pale formée de deux palettes rigides avec rappel élastique par ressort à spires jointives ;

les FIGURE 8 et FIGURE 9 sont des détails partiels représentant en vue de dessus et respectivement en vue de face les deux extrémités d'une palette extérieure à double surface et illustrant un guidage par galets sur rail rigide le long des convoyeurs de tractions dans la partie motrice du trajet des pales ;

la FIGURE 10 est un schéma en vue de dessus dans deux positions, illustrant la mise en place d'un système selon l'invention dans un deuxième exemple de mode de réalisation dans lequel les pales ne sont pas perpendiculaires aux convoyeurs, avec flottaison en pointillé puis dépôt sur le fond perpendiculairement au courant, et avec concentration par gabions ;

les FIGURE lia à FIGURE l ld illustre des particularités du deuxième exemple de mode de réalisation, avec :

o en FIGURE lia et FIGURE 11b : en vue de face et vue de dessus, une pale formée de deux palettes avec éléments de rappel élastique, et

o en FIGURE 11c et FIGURE lld : en vue de face et vue de dessus, un détail des éléments de fixation de l'axe de pivot sur un des convoyeurs ;

la FIGURE 12 est une vue schématique dans un plan transversal aux axes, illustrant une version du deuxième mode de réalisation avec des pales en une seule partie rigide et un angle de pales non nul, dans une installation perpendiculaire au courant et entièrement immergée ; la FIGURE 13 est un schéma en vue de dessus, illustrant la mise en place d'un système selon l'invention dans une autre variante du deuxième de mode de réalisation, avec angle de pales non nul et machine oblique dans le courant.

Premier mode de réalisation

L'invention, en position active comme illustré en FIGURE 1 et FIGURE pour la position en trait plein, n'est pas parallèle au courant 99 contrairement à ce qui est proposé dans l'état de la technique, mais présente un angle d'incidence Bl avec la direction du courant, qui peut être choisi en fonction de la vitesse et/ou de l'énergie du courant.

Comme illustré en FIGURE 2, cette machine 1 comporte une succession d'éléments moteurs, dits pales 13, aptes à capter l'énergie cinétique et/ou potentielle de l'eau, et qui circulent sans fin sur un convoyeur 12 autour de pignons 111, 112, 113, 114 ou poulies en rotation sur au moins un premier arbre dit avant Al ll, horizontal et un deuxième arbre dit arrière A112, qui est parallèle audit arbre avant et situé en aval de celui-ci dans le présent exemple. Ce convoyeur fournit ainsi une énergie mécanique, par exemple par l'intermédiaire d'un pignon 113 entraînant un alternateur 19 sur l'un A113 des arbres. L'arbre avant All l peut-être constitué de deux demi-arbres pour libérer entre eux le passage des palettes intérieures 132, sans nécessiter un diamètre de pignon ou poulie supérieur à l'encombrement des palettes. Le ou les arbres arrières A112 ou A113 assurent la liaison mécanique nécessaire au maintien du parallélisme des pales entre elles. Ce circuit comprend :

d'une part une partie inférieure dite motrice M12 qui est sensiblement parallèle au fond 98 du cours d'eau et dans laquelle les pales 13 sont dans une position dite déployée qui leur permet d'être entraînées par ledit flux d'eau 99 ; et

d'autre part une partie supérieure dite retour dans laquelle les palettes sont par construction dans une position dite repliée où elles dépassent moins du convoyeur que dans leur position déployée.

Selon une particularité optionnelle de l'invention, chaque pale comprend au moins deux palettes 131 et 132, qui peuvent être rigides ou semi-rigides ou souples, articulées chacune autour d'un axe pivot 133 qui est parallèle auxdits arbres Al ll, A112 et qui est solidaire du convoyeur 12, 12'.

Comme illustré en FIGURE 2 et FIGURE 5, chaque pale 13 comprend deux palettes 131, 132 articulées chacune autour d'un pivot 133 d'axe parallèle aux arbres Al ll, A112, et qui est solidaire des convoyeurs 12, 12'. Ces palettes sont agencées pour pouvoir : d'une part s'écarter l'une de l'autre, vers l'intérieur du convoyeur pour l'une dite palette intérieure 132 et vers l'extérieur du convoyeur pour l'autre dite palette extérieure 131, jusqu'à une position déployée dans laquelle lesdites palettes intérieure 132 et extérieure 131 ferment tout espace entre elles et forment ainsi une pale 13 présentant au moins une surface continue et sensiblement étanche correspondant à la surface additionnée desdites palettes, qui leur permet d'être entraînées, selon la direction Dl le long de ladite partie motrice M 12 du circuit, par la composante motrice 99M du flux d'eau 99, c'est-à-dire la composante qui est parallèle au convoyeur ; et

d'autre part se rapprocher l'une de l'autre jusqu'à une position repliée dans laquelle elles représentent un encombrement diminué le long de ladite partie retour du circuit, par exemple s'écartant d'un angle de moins de 45° voire 30° autour du trajet du convoyeur.

Pour ce faire, selon une particularité optionnelle de l'invention, les palettes extérieures descendent par gravité sous l'effet de leur poids, et les palettes intérieures sont moins denses que l'eau et montent vers la surface sous l'effet de la force d'Archimède.

Selon une particularité optionnelle, elles peuvent aussi subir l'action d'au moins un élément élastique, par exemple des ressorts à boudin à spires jointives 137b, 138b ou des blocs élastiques armés 137a, reliant les palettes 131, 132 à leur axe de pivot 133.

Selon une autre particularité optionnelle, une partie mobile de chaque palette est reliée au convoyeur ou de préférence à l'axe pivot 133 de la pale précédente par des éléments mobiles, par exemple des élingues souples (135, 136) ou des éléments articulés formant un tirant entre le convoyeur 12 et le bord opposé à l'axe pivot de chacune desdites palettes. On obtient ainsi une limitation du débattement par un mécanisme simple, fiable, économique et peu encombrant permettant de maintenir les palettes 131, 132 en position perpendiculaire au convoyeur. Dans la partie active M 12 les tirants transmettent également une part de l'effort mécanique au convoyeur de façon symétrique et équilibrée dans l'axe de traction, pour améliorer le rendement et la fiabilité et minorer l'usure. Exemples de spécificités optionnelles de l'invention

En combinaison avec son positionnement en oblique Bl par rapport à la direction du courant 99, l'invention comporte en particulier les spécificités suivantes, présentées ici dans un ordre sans rapport avec leur importance, pouvant être mises en œuvre indépendamment les unes des autres :

Premièrement : Dans la partie immergée du circuit, le convoyeur 12 du côté amont, et de préférence aussi celui 12' côté aval, présente un dispositif 102, 102' de guidage latéral de la position des éléments récepteurs 13, au moins sur la partie motrice M12 de leur trajet.

Comme illustré en FIGURE 8, il peut s'agir par exemple de galets 130 circulant sur ou dans un rail rigide 102, 102' qui est solidaire du châssis 10.

Les axes pivots 133 supportant les pales 13 peuvent en outre être dotés de galets de roulement. Ces galets circulent dans leur trajet de travail et s'appuient contre les dits rails de façon à être guidés et à absorber l'essentiel des frottements dus à la composante latérale 99N de la force hydrodynamique créée par la pression du flux 99 sur les pales, c'est-à-dire la composante 99N qui est normale à la direction Dl de déplacement des pales.

Deuxièmement : Les palettes sont rigides, semi-rigides ou souples et dotées d'une géométrie et d'un profil qui optimisent le captage d'énergie.

Troisièmement : Les bords d'attaque 1371, 1372, bords de fuite 1381, 1382 et sections des pales peuvent être rigides et être profilés de façon à conserver au mieux un écoulement laminaire du courant et à réduire au mieux les turbulences néfastes au rendement. Ils peuvent être renforcés pour supporter l'abrasion des eaux chargées.

Cela facilite ainsi l'écoulement laminaire de l'eau, ce qui est favorable à la douceur de fonctionnement et à la force induite par le courant, donc à la fiabilité et la puissance de la machine.

De façon simple, comme illustré en FIGURE 6a, les pales 13a peuvent être rigides et plates, d'un seul tenant voire d'une seule pièce 1320.

Cependant, de préférence, comme illustré en FIGURE 6b à FIGURE 6c, les pales 13 reçoivent une pression de la part du flux 99 sur au moins une surface, portée par une pale 13b, 13c ou une palette 131, 132, et qui est réalisée de façon à présenter une forme concave vis-à-vis du flux reçu 99. Optionnellement, cette surface peut comporter un intrados 1321 et un extrados 1322 présentant des profils différents l'un de l'autre.

Cette surface recevant la pression du flux peut être réalisée par exemple par des panneaux rigides ou élastiquement déformables, plan ou moulés en forme. Il peut aussi s'agir d'éléments souples, par exemple des panneaux 1323 de tissu à voile, possiblement coupé pour prendre et conserver un creux, et par exemple avec un gousset 1324 entourant le bord d'attaque 1372 et possiblement le bord de fuite 1382.

L'ensemble de ces éléments permet d'optimiser le compromis entre, d'une part, la force hydrodynamique induite par le courant sur les pales, et, d'autre part, les dimensions de la machine, et, au final, d'optimiser sa densité énergétique.

Lorsque la machine n'est pas entièrement immergée, la géométrie du trajet des convoyeurs est de préférence déterminée pour que les pales entrent dans l'eau et/ou en sortent dans une position où leur surface n'est pas parallèle à la surface de l'eau 97. Par exemple, le plan de la pale 13 peut faire avec le plan de la surface de l'eau un angle d'au moins 10° voire d'au moins 20°. On diminue ainsi les effets de d'interface à l'entrée et de ventouse à la sortie. Cet angle A13 peut être obtenu en choisissant un diamètre de roue All l suffisamment grand, par exemple pour que l'axe de l'arbre soit au dessus de la surface de l'eau 97. Il peut aussi être obtenu en plaçant un autre arbre A114 plus haut et plus à l'extérieur que celui par lequel les pales entrent dans l'eau All l et/ou celui par lequel elles en sortent.

Bien que cet exemple soit présenté avec des pales à plusieurs palettes repliables, il en est explicitement prévu une version à pales monobloc non repliables, et/ou avec des arbres plus ou moins nombreux, par exemple deux ou trois. Autres caractéristiques optionnelles

En plus de ces spécificités, et pouvant être combinées ou non entre elles et avec elles, d'autres caractéristiques sont prévues dont les différentes combinaisons améliorent les qualités et performances du système selon l'invention. Ainsi, selon une particularité, avantageuse, le système selon l'invention comprend une structure flottante comportant des ballasts 101 pour le flottage et l'immersion, et comprenant des parois 103 de guidage latéral et vertical du flux d'eau amont selon une trajectoire convergente vers la partie motrice M12 de la machine. Optionnellement, des ouvrages fixes tels que des gabions 91 et 92 constitués de galets dans des armatures grillagées immergés après ancrage et possiblement amovibles favorisent la concentration du courant vers la machine 1.

Il est ainsi possible de faire converger une plus grande partie voire la totalité d'un cours d'eau d'une certaine largeur vers l'entrée du trajet moteur M12 d'un système présentant une faible dimension, et par exemple inférieure à celle du cours d'eau ou de la zone de courant. Une plus grande quantité d'énergie peut ainsi être captée, par exemple par augmentation de la vitesse à l'entrée par effet Venturi, en utilisant un dispositif possiblement préfabriqué et/ou amovible nécessitant moins de travaux et ayant un moindre impact environnemental.

De préférence, les arbres Al ll, A112, A113, A114 sont montés sur un châssis 10 qui comprend d'une paroi inférieure 101 rigide sensiblement parallèle à la partie inférieure motrice M12 du trajet des convoyeurs 12, 12'. Cette paroi inférieure 101 est agencée pour pouvoir venir reposer sur le fond 98 du cours d'eau lorsque le système 1 est déposé à son emplacement de fonctionnement. Cette paroi inférieure 101 forme alors le fond d'un canal d'écoulement artificiel parcouru par le flux d'eau 99 reçu et dans lequel circulent les pales 13 dans la partie motrice M12 de leur trajet.

II est ainsi possible d'obtenir un positionnement le plus bas possible de la machine, y compris dans les cours d'eau peu profond, sans avoir à ajuster précisément la hauteur du châssis pour que les pales 13 soient bien immergées sans risquer de se bloquer sur le sol 98 et ses possibles aspérités. Comme illustré en FIGURE 2 et FIGURES 4a et b, cette paroi peut présenter une entrée de forme convergente 103 qui augmente et/ou stabilise le flux à l'entrée. Cette paroi peut aussi être prévue sous une forme creuse qui peut être utilisée comme ballast pour régler la flottabilité de l'ensemble, par exemple à la mise en place ou pour extraire la machine de son emplacement. Cette caractéristique de canal artificiel peut aussi être utilisée sans reposer sur le fond, par exemple pour une machine flottante ou arrimée entre deux eaux.

Installation de la machine

Elle est positionnée dans le cours d'eau selon un angle d'incidence Bl par rapport au courant, qui est défini pour optimiser les performances recherchées en fonction des caractéristiques du cours d'eau. La machine est fixée dans le cours d'eau par l'intermédiaire d'ancres 18 (tels que des pieux ou masses) et de câbles de liaison.

La procédure d'installation peut être mise à l'eau dans un lieu propice, en amont du site d'ancrage en flottant sur des ballasts 101 remplis d'air, elle est acheminée, positionnée et ancrée sur le lieu choisi, comme illustré en pointillés sur les FIGURE 3 et en FIGURE 4a.

Elle est ensuite ancrée dans sa position d'exploitation, comme illustré par la position en trait plein en FIGURE 3 et en FIGURE 4b.

Optionnellement, des gabions 91, 92 sont déposés au fond pour concentrer le flux et/ou protéger la machine.

Deuxième mode de réalisation

Un deuxième mode de réalisation est proposé, qui ne sera décrit que dans ses différences, et dont une variante préférée est illustrée en FIGURE 10 à FIGURE 12.

Comme illustré en FIGURE 11b, les pales 23, c'est-à-dire ici les palettes 231, 232 qui les constituent, sont fixées sur les convoyeurs 12, 12' de façon à ce que leur corde C23 et/ou leur pivot 133 présente avec une perpendiculaire à la direction D2 des convoyeurs un angle de pales AP2 non nul, et notamment valant de 25° à 60°.

La machine 2 peut alors être installée disposée de façon à ce que la direction D2 des convoyeurs fasse avec le flux d'eau 99 un angle d'incidence B2 déterminé pour que le flux d'eau 99 présente avec la corde ou l'axe de pivot des pales 23 un angle dit d'attaque AA2 compris entre 25° et 60°.

Dans l'exemple illustré en FIGURE 10, la machine est installée avec un angle d'incidence B2 entre 80° et 100°, et par exemple 90°. Par rapport au premier mode de réalisation, l'angle de pale AP2 peut souvent être obtenu en montant le convoyeur 12 situé en amont par rapport au courant dans une position plus avancée sur son trajet de circulation D2 par rapport au convoyeur aval 12'. Dans de nombreux cas, il s'agit d'une variation qui peut être obtenue et ajustée par simple réglage lors du montage de la machine 2, en décalant l'un par rapport à l'autre les maillons 121 et 121' qui se correspondent entre eux entre les convoyeurs 12 et 12', de façon à ce que les pales 23 présentent un angle AP2 différent par rapport à la position perpendiculaire qui était celle du premier mode de réalisation.

Pour autoriser et faciliter le passage des pales lors des changements de direction autour des pignons 111, 112, 113, 114 aux extrémités de la machine 2, la géométrie des palettes 231, 232 peut aussi être en forme de parallélogrammes rigides, comme illustré en FIGURE lia. Les axes pivots 233 sont montés sur les convoyeurs 12 et 12' par des supports 121 et 121' présentant plusieurs degrés de liberté voire une rotule, ou un jeu important par exemple sous la forme d'une lumière 123 entourant un téton 122 à tête élargie ou un silentbloc en caoutchouc ou un cardan.

Dans la FIGURE 12, les pales 23 sont représentées en légère perspective avec leurs bords d'attaque 137 visibles, et leurs bords de fuite sont cachés derrière la pale voisine.

On notera aussi, comme illustré en FIGURE 12, que les convoyeurs sont moteurs sur toutes leurs portions, lorsque l'ensemble de la machine 2 est immergée sous la surface 97.

En effet, si le flux d'eau est perpendiculaire au plan de la figure en rentrant de la figure comme indiqué par la flèche 99 vue de dos, les pales 23 situées dans la partie inférieure M22 vont être entraînées dans la direction D22 vers la droite. Dans la partie supérieure M21, de façon complémentaire, les pales vont être entraînées dans la direction D21 vers la gauche. Ainsi, les pales 23 peuvent être réalisées en une seule partie rigide tout en entraînant le convoyeur 12 dans le même sens quelle que soit leur emplacement au sein du trajet du convoyeur, y compris sur les parties verticales ou obliques. En FIGURE 13 est illustrée une autre version du deuxième mode de réalisation, avec un angle de pales AP2 non nul, et installée avec un angle d'incidence B3 non nul mais différent de 90°, entre la direction D3 des convoyeurs et celle du flux d'eau 99. Une telle variation de l'angle d'incidence B3 peut permettre d'optimiser l'installation par rapport à différents paramètres, comme l'espace disponible, la vitesse du flux, l'écartement ou la résistance des pales, par exemple pour adapter une machine existante, ou pour ajuster la surface apparente des pales vis-à-vis du flux, ou pour ajuster leur angle d'attaque AA3.

Dans cet exemple, comme de façon générale, le nombre d'arbres utilisés peut varier selon les besoins. Les exemples ici présentés avec quatre arbres peuvent aussi être réalisés avec seulement deux ou trois arbres. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Système (1, 2) de récupération de l'énergie hydraulique d'un flux d'eau (99), du type comprenant une succession d'éléments récepteurs (13, 23), dits pales, aptes à capter l'énergie cinétique de l'eau (90) pour entraîner un ou plusieurs éléments flexibles dit convoyeurs (12, 12') en un circuit sans fin autour d'au moins un premier arbre dit avant (Al ll) et un deuxième arbre dit arrière (A112) qui sont parallèles entre eux et au plan du flux d'eau ; ledit circuit comprenant au moins d'une part une partie dite motrice (M 12) dans laquelle lesdits éléments récepteurs sont immergés et entraînés (Dl) vers l'arbre arrière par le flux d'eau (99, 99M) et d'autre part une partie dite retour dans laquelle lesdits éléments récepteurs sont ramenés vers l'arbre avant,

caractérisé en ce que le trajet (Dl, D2) des éléments récepteurs présente une direction formant un angle d'incidence (Bl) non nul avec la direction du courant (99), au moins dans la partie motrice (M12), présentant ainsi directement au flux d'eau (99) au moins une partie (L13) de la largeur d'une pluralité d'éléments récepteurs (13).

2. Système (1, 2) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il est installé de façon à ce que la direction (Dl, D2) des convoyeurs fasse avec le flux d'eau (99) un angle d'incidence (Bl, B2) déterminé pour que le flux d'eau présente avec la corde ou l'axe de pivot des pales (23) un angle dit d'attaque (AA1, AA2) compris entre 20° et 60°.

3. Système (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la direction (Dl) de circulation du ou des convoyeurs (12, 12') fait avec la direction du flux d'eau (99) un angle d'incidence (Bl) compris entre 85° et 20°, et de préférence entre 80° et 40°.

4. Système (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les pales (23) ou palettes (231, 232) sont fixées sur le ou les convoyeurs (12, 12') de façon à ce que le pivot (133) des pales, et/ou leur corde (1320) définie par la direction passant par le bord d'attaque (1371, 1372) sur lequel le flux vient en contact avec un élément récepteur (13, 131, 132) et par le bord de fuite (1381, 1382) par lequel le flux quitte le même élément récepteur, présente avec une perpendiculaire à la direction (Dl) des convoyeurs un angle de pales valant de -10° à + 10°, et de préférence 0°.

5. Système (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les pales (23) ou palettes (231, 232) sont fixées sur le ou les convoyeurs (12, 12') de façon à ce que le pivot (133) des pales, et/ou leur corde (C23) définie par la direction passant par le bord d'attaque (1371, 1372, 237) sur lequel le flux vient en contact avec un élément récepteur (231, 232, 23) et par le bord de fuite (1381, 1382, 238) par lequel le flux quitte le même élément récepteur, présente avec une perpendiculaire à la direction (D2) des convoyeurs un angle de pales (AP2) non nul, et notamment valant de plus de 10°, voire de 20° à 60°.

6. Système (2) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la direction (D2) de circulation du ou des convoyeurs (12, 12') fait avec la direction du flux d'eau (99) un angle (B2) compris entre 85° et 105°, et de préférence 90°.

7. Système (2) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il est installé de façon à ce que la partie motrice (M21) et la partie retour (M22) soient toutes deux immergées dans le même flux d'eau (99), fournissant une puissance motrice aussi sur le trajet de la partie retour (M22).

8. Système (2) selon l'une des revendications 6 à 7, caractérisé en ce qu'il est installé dans un emplacement où il reçoit un flux d'eau (99) susceptible de circuler dans deux sens opposés, captant ainsi une énergie dans les deux sens.

9. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments récepteurs sont disposés le long du ou des convoyeurs (12, 12') avec un écartement représentant entre 0,2 et 1 fois voire 1,5 fois la longueur de leur dimension, dite corde (C13), définie par la distance entre le bord d'attaque (1371, 1372) sur lequel le flux vient en contact avec un élément récepteur (13, 131, 132) et le bord de fuite (1371, 1382) par lequel le flux quitte le même élément récepteur.

10. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les convoyeurs comprennent une ou plusieurs bandes sans fin dont la largeur cumulée représente au moins 75% de la largeur couverte par les pales.

11. Système (1, 2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les arbres (Al ll, A112, A113, A114) sont montés sur un châssis (10) qui comprend une paroi inférieure (101) sensiblement parallèle à la partie inférieure motrice (M12) du trajet des convoyeurs (12, 12'), ladite paroi inférieure formant alors le fond d'un canal d'écoulement artificiel parcouru par le flux d'eau (99) reçu et dans lequel circulent les pales (13) dans la partie motrice de leur trajet.

12. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les pales reçoivent une pression de la part du flux (99) sur au moins une surface portée par une pale (13b, 13c, 23) ou une palette (131, 132, 231, 232) réalisée de façon à présenter une forme concave vis-à-vis du flux reçu 99, et notamment pouvant comporter un intrados (1321) et un extrados (1322) présentant des profils différents l'un de l'autre.

13. Système (1, 2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la géométrie du trajet des convoyeurs est déterminée pour que les pales (13, 23) entrent dans l'eau et/ou en sortent dans une position où leur surface n'est pas parallèle à la surface de l'eau 97.