Domaine de l’invention

L’invention relève des dispositifs permettant de réguler l’écoulement d’un fluide autour d’un corps. Elle s’inscrit dans le domaine des revêtements de surface, et concerne plus particulièrement un revêtement propre à diminuer la traînée de l’écoulement d’un fluide autour d’un élément cylindrique, pour une plage de vitesses du fluide prédéfinie.

État de l’art

Lorsqu’un solide est soumis à l’écoulement d’un fluide, en fonction de la forme dudit solide et en fonction de certaines caractéristiques du fluide, un sillage peut être généré. Le sillage caractérise une zone d’écoulement perturbé d’un fluide, en aval du solide par rapport auquel ledit fluide est en mouvement relatif. Dans le présent texte, les termes « amont » et « aval » sont employés en considérant le sens de l’écoulement du fluide. Le sillage est généré en aval du solide par un décollement de la couche limite formée autour dudit solide.

Le sillage peut présenter certains effets pouvant être dommageables d’une part au solide, en participant à l’excitation en vibration dudit solide, et d’autre part, au fonctionnement optimal d’un système intégrant ledit solide, par la génération d’une zone d’écoulement perturbé.

Notamment, on connaît les effets du sillage sur les éoliennes comprenant un mât portant des pales agencées en rotation autour d’un axe horizontal et disposées en aval dudit mât. Ces éoliennes présentent un rendement réduit du fait de la présence d’une zone de sillage en aval du mât. En effet, lorsqu’elles se déplacent dans cette zone de sillage, les pales sont impactées par un vent dont l’écoulement est turbulent, sa force de poussée sur la pale est donc amoindrie.

Le sillage présente également un impact négatif dans le fonctionnement d’éoliennes intégrées à des pylônes 100, tel que représenté par la figure 1. Ces pylônes 100 sont rigidement fixés au sol et sont généralement formés par une structure métallique en treillis comprenant plusieurs modules 101 superposés les uns aux autres, tel qu’illustré schématiquement par la figure 1. Chaque module 101 comprend des montants 102 reliés deux à deux par des traverses 103 et des diagonales 104. Les diagonales 104 relient les traverses 103 de deux modules 101 adjacents, comme le montre la figure 1. Il est à noter que seulement deux montants 102 sont représentés sur la figure 1 , de sorte à ne pas encombrer la lecture de ladite figure, mais les modules 101 comprennent généralement trois montants 102.

Avantageusement, les moyens de génération d’énergie électrique sont formés par au moins une éolienne 1 10 à axe de rotation vertical, par exemple de type Darrieus, fixée dans la structure du pylône 100.

Plus particulièrement, au moins un module 101 comprend une structure support 105 destinée à maintenir une éolienne 1 10, par exemple à équidistance de chaque montant 102, comme le représente la figure 1.

La ou chaque éolienne 1 10 comprend généralement des pales 1 1 1 s’étendant longitudinalement selon des axes sensiblement verticaux, c’est-à-dire sensiblement parallèles à la direction de la pesanteur. Ces pales 11 1 sont fixées par des bras 1 12 à un arbre mécaniquement lié au rotor d’un générateur et monté en rotation dans la structure support 105. Les pales 1 1 1 sont destinées à entraîner le rotor en rotation lorsqu’elles sont soumises à une force de poussée exercée par le vent, de sorte que le générateur produise de l’énergie électrique.

Les montants 102 du pylône 100 peuvent, selon la direction et le sens d’écoulement du vent, générer un sillage enveloppant une ou des pales 1 1 1 de l'éolienne 1 10. Ce sillage perturbe l’écoulement de l’air sur la ou les pales 11 1 qu’il enveloppe et ainsi perturbe l’entraînement en rotation de l’éolienne.

Dans le pire des cas, ce phénomène de sillage empêche la rotation des pales 1 1 1 d’éolienne 1 10, et dans le meilleur des cas, il affecte seulement le rendement de l’éolienne 1 10. Exposé de l’invention

La présente invention a pour objectif de palier les inconvénients précités en visant à réduire la résistance aérodynamique d’un élément cylindrique, c’est- à-dire en visant à réduire sa traînée sur une plage de vitesses du fluide prédéterminées, lorsqu’il est soumis à l’écoulement du fluide, de sorte à réduire le sillage qu’il génère.

A cet effet, l’invention concerne un revêtement sous la forme d’une couche mince souple. Le revêtement est destiné à recouvrir un élément cylindrique soumis à l’écoulement d’un fluide, et s’étend d’une part, entre deux premiers flancs sensiblement parallèles destinés à être agencés en vis-à-vis l’un de l’autre lorsque ledit revêtement recouvre l’élément cylindrique, et d’autre part, entre deux seconds flancs sensiblement parallèles, destinés à être agencés à l’opposé l’un de l’autre lorsque ledit revêtement recouvre l’élément cylindrique. Le revêtement comprend des suites de reliefs, formant des rangées de reliefs, configurées pour favoriser l’apparition d’une couche limite turbulente à l’interface entre ledit revêtement et le fluide, lorsque le fluide présente une vitesse comprise dans une plage de valeurs prédéterminées.

Par « couche mince », on entend que le revêtement présente une épaisseur comprise entre un millimètre et une à quelques dizaines de millimètres. Ainsi, le revêtement est de la forme d’une peau souple, d’un seul tenant, destinée à être appliquée contre un élément cylindrique.

Il en découle que le sillage généré en aval de l’élément cylindrique est considérablement réduit. A titre d’exemple, la largeur du sillage d’un élément cylindrique soumis à l’écoulement d’un fluide peut être divisée par quatre lorsqu’il est recouvert par le revêtement selon l’invention.

Le coefficient de traînée d’un élément cylindrique recouvert par le revêtement peut être réduit de 25% pour une plage de vitesses de fluide prédéterminées, par rapport au coefficient de traînée d’un élément cylindrique de même forme générale et de même dimensions mais non recouvert par le revêtement selon l’invention. Le sillage d’un élément cylindrique est donc contrôlé de manière passive pour une plage de vitesses de fluide prédéterminées par le revêtement selon l’invention.

Dans le présent texte, lorsque l’on dit que le revêtement est destiné à recouvrir un élément cylindrique, on entend qu’il est destiné à envelopper l’élément cylindrique.

Le revêtement étant souple, il est facilement applicable contre tout élément cylindrique dont la section droite présente une forme quelconque, même complexe, tel qu’une forme présentant des angles vifs

En outre, un même revêtement peut être appliqué successivement contre différents éléments cylindriques de section droite de forme différente.

Cette caractéristique participe également à la réduction du coût de fabrication du revêtement.

Dans des modes particuliers de réalisation, l’invention répond en outre aux caractéristiques suivantes, mises en oeuvre séparément ou en chacune de leurs combinaisons techniquement opérantes.

Dans des modes particuliers de réalisation de l’invention, les reliefs sont formés par des alvéoles.

Avantageusement, les alvéoles peuvent être des trous traversants. Dans des modes particuliers de réalisation de l’invention, les reliefs sont formés par des saillies.

Dans des modes particuliers de réalisation de l’invention, le revêtement comprend plusieurs séries de reliefs, chaque série étant formée de plusieurs suites de reliefs, lesdites séries étant adjacentes et comprenant les unes par rapport aux autres des reliefs présentant des dimensions et/ou des formes différentes et/ou des densités de reliefs différentes.

La notion de « densité de reliefs » est définie ici comme étant le nombre de reliefs sur une surface du revêtement d’une dimension prédéfinie.

Dans des modes particuliers de réalisation de l’invention, le revêtement est configuré de sorte que lorsqu’il recouvre un élément cylindrique, les séries de reliefs sont réparties radialement. Dans des modes particuliers de réalisation de l’invention, les deux premiers flancs comprennent respectivement des attaches rapides complémentaires adaptées à fixer rigidement le revêtement sur l’élément cylindrique.

Ces attaches rapides peuvent être formées par des bandes de couche adhésives agencées le long des deux premiers flancs, à l’interface entre le montant et le revêtement.

Dans des modes particuliers de réalisation de l’invention, le revêtement est obtenu par un procédé de fabrication par moulage à plat. Cette caractéristique participe notamment à réduire les coûts de fabrication et permet de pouvoir fabriquer des revêtements présentant des reliefs de formes diverses. En outre, le procédé de fabrication par moulage à plat permet de moduler à volonté, facilement et sans surcoût, la répartition des reliefs sur la surface du revêtement.

Selon un autre aspect, la présente invention concerne un élément cylindrique recouvert par un revêtement tel que précédemment décrit. Préférentiellement, le revêtement enveloppe l’élément cylindrique sur l’ensemble de sa périphérie et au moins sur une portion de sa longueur.

Selon un autre aspect, la présente invention concerne un pylône comprenant une pluralité de montants reliés entre eux par des traverses dites « traverses périphériques ». Au moins un des montants étant recouvert par un revêtement tel que décrit précédemment.

Dans des modes particuliers de réalisation de l’invention, le pylône comprend au moins une structure support portée par des traverses dites « traverses intérieures » dans un volume défini entre les montants, ladite structure support comprenant des organes de guidage en rotation mécaniquement liés à un arbre rotatif d’une éolienne à axe de rotation vertical, ladite éolienne comprenant une pluralité de pales s’étendant selon un axe longitudinal sensiblement vertical fixées autour dudit arbre, au moins un montant étant recouvert d’un revêtement sur au moins une portion de sa longueur située au droit des pales d’éolienne. Le revêtement a pour effet de réduire le sillage généré en aval des montants lorsque le pylône est soumis à une circulation du vent, de sorte que les pales de ou des éoliennes installées à l’intérieur du pylône sont en dehors de la zone de sillage. Elles ne sont donc plus impactées par ses effets. Elles ne sont donc plus impactées par ses effets. Par les termes « à l’intérieur du pylône », on entend « dans le volume défini entre les montants du pylône ».

L’invention présente l’avantage de ne pas modifier la structure des pylônes existants et notamment la forme de ses montants pour augmenter l’efficacité d’éoliennes.

Présentation des figures

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple nullement limitatif, et faite en se référant aux figures qui représentent :

- Figure 1 : une vue schématique d’un pylône selon l’état de l’art, à l’intérieur duquel sont installées des éoliennes à axe de rotation vertical,

- Figure 2 : une vue en perspective d’un revêtement selon l’invention,

- Figure 3 : une vue schématique d’un pylône selon l’invention, et une vue schématique de détail en perspective d’une portion d’un montant recouvert d’un revêtement selon la figure 2,

- Figure 4 : une photographie d’un montant d’un pylône selon la figure 3, recouvert d’un revêtement selon la figure 2.

Dans ces figures, des références numériques identiques d’une figure à l’autre désignent des éléments identiques ou analogues. Par ailleurs, pour des raisons de clarté, les dessins ne sont pas à l’échelle, sauf mention contraire.

Description détaillée de l’invention

Comme le montre la figure 2, la présente invention est relative à un revêtement 300 présentant la forme d’une couche mince, configuré pour recouvrir un élément cylindrique en mouvement relatif par rapport à un fluide. La présente invention a pour effet de réduire la résistance aérodynamique dudit élément cylindrique, c’est-à-dire de réduire sa traînée sur une plage de vitesses du fluide prédéterminées, de sorte à réduire le sillage qu’il génère.

Préférentiellement, le revêtement 300 est destiné à recouvrir un élément cylindrique fixe soumis à l’écoulement d’un fluide, par exemple l’écoulement du vent.

L'expression « cylindrique » utilisée dans le présent texte est à prendre au sens général englobant toute forme de section du cylindre, telle que par exemple une section oblongue, elliptique, circulaire ou polygonale. L’élément cylindrique, peut être formé par tout profilé, creux ou plein.

La figure 2 montre que le revêtement 300 s’étend d’une part, entre deux premiers flancs 301 parallèles destinés à être agencés sensiblement en vis-à- vis l’un de l’autre lorsque ledit revêtement 300 recouvre l’élément cylindrique, et d’autre part, entre deux seconds flancs 302 parallèles, destinés à être agencés à l’opposé l’un de l’autre lorsque ledit revêtement 300 recouvre l’élément cylindrique.

Le revêtement 300 s’étend, par exemple, sur une longueur de l’ordre d’une à plusieurs dizaines de mètres entre ses deux seconds flancs 302. Le revêtement 300 s’étend, par exemple, sur une largeur dont la valeur est sensiblement identique à la valeur du périmètre de l’élément cylindrique qu’il est destiné à recouvrir. La largeur est ici définie par la distance entre les deux premiers flancs 301 .

Le revêtement 300 présente une épaisseur d’environ un à plusieurs dizaines de millimètres, préférentiellement de deux millimètres. L’épaisseur du revêtement 300 peut être choisie en fonction de sa largeur, par exemple pour des raisons de tenue mécanique ou de rigidité.

Le revêtement 300 comprend des suites de reliefs répartis sur sa surface. Plus particulièrement, le revêtement comprend préférentiellement plusieurs rangées de reliefs, par exemple parallèles les unes aux autres.

Cette caractéristique permet de n’avoir qu’un unique revêtement à manipuler en vu de recouvrir un élément cylindrique. Avantageusement, les reliefs peuvent être formés par des alvéoles et/ou des saillies. Le terme « alvéole » définit une cavité dans le présent texte. Les saillies peuvent présenter une forme générale cylindrique.

Dans le mode préféré de réalisation représenté sur les figures 2, 3 et 4, les reliefs sont formés par des alvéoles 303 de forme cylindrique. L'exemple de la forme cylindrique est illustré et décrit ici de manière détaillée dans le cas d'un cylindre de section circulaire.

Ces alvéoles 303 peuvent être traversants, telles que l’illustrent la figure 2 et la vue de détail de la figure 3.

En outre, les alvéoles 303 peuvent présenter une forme générale tronconique ou prismatique et/ou peuvent être borgnes.

Les dimensions et formes des alvéoles 303, ainsi que la distance entre deux alvéoles 303 adjacents, sont choisies en fonction de la plage de vitesses du fluide dans laquelle on souhaite réduire les effets aérodynamiques de l’élément cylindrique, c’est-à-dire une plage de vitesses de fluide dans laquelle on souhaite réduire le sillage et/ou les phénomènes vibratoires de l’élément cylindrique.

Préférentiellement, les dimensions des alvéoles 303 sont inversement proportionnelles à la plage de vitesses du fluide prédéterminées. En d’autres termes, plus la plage est définie selon des vitesses importantes, plus les dimensions des alvéoles 303 sont réduites et inversement.

Par exemple, dans le mode de réalisation représenté par les figures, cette plage de vitesses prédéterminées est définie entre quatre et huit mètres par seconde et les alvéoles 303 peuvent présenter un diamètre de six millimètres et être distantes les unes des autres par des ponts de matière d’environ un millimètre.

Les dimensions des alvéoles 303 sont préférentiellement également choisies en fonction de la forme de l’élément cylindrique et des dimensions de sa périphérie.

Sur les figures 2 et 3, les alvéoles 303 sont représentés agencés en quinconce, mais ils peuvent également être distribués selon un autre agencement. Dans un exemple de réalisation de l’invention, le revêtement 300 présente plusieurs séries d’alvéoles 303, formées par plusieurs suites d’alvéoles, lesdites séries étant adjacentes les unes aux autres et présentant des caractéristiques différentes les unes des autres. Plus particulièrement, ces séries d’alvéoles peuvent respectivement comprendre des alvéoles de formes et/ ou de dimensions différentes.

Additionnellement ou alternativement, les séries d’alvéoles peuvent comprendre des densités d’alvéoles différentes les unes des autres, c’est-à-dire peuvent comprendre un nombre d’alvéole différent sur une même dimension de surface.

Préférentiellement, le revêtement 300 est configuré de sorte que ces séries sont réparties radialement sur le revêtement 300 lorsque ledit revêtement 300 recouvre l’élément cylindrique, de sorte que l’effet produit sur son sillage soit différent en fonction de la direction du vent.

Dans un autre exemple de réalisation de l’invention, le revêtement 300 peut également être configuré de sorte que les séries d’alvéoles 303 soient réparties longitudinalement sur le revêtement 300 lorsque ledit revêtement 300 recouvre l’élément cylindrique. Cette caractéristique permet de moduler l’effet produit par le revêtement 300 en fonction de la distance par rapport au sol à laquelle est agencée chaque série.

Avantageusement, le revêtement 300 favorise l’apparition d’une couche limite turbulente autour de l’élément cylindrique, lorsqu’il est soumis à la circulation d’un fluide sur une plage de vitesses prédéterminées, quel que soit la direction et le sens d’écoulement du fluide. Il en découle que le coefficient de traînée dudit élément cylindrique peut être réduit de l’ordre de 25% sur cette plage de vitesses du fluide, ce qui permet de réduire considérablement le sillage généré en aval des éléments cylindrique.

Le revêtement 300 présente préférentiellement une forme générale sensiblement plane lorsqu’il ne recouvre pas d’élément cylindrique. Il est avantageusement réalisé à partir d’un matériau souple, par exemple du polyuréthane, et peut être obtenu par un procédé de fabrication par moulage à plat. Ainsi, le revêtement 300 peut être stocké facilement, par exemple sous forme de rouleau.

Dans des modes particuliers de réalisation de l’invention, les deux premiers flancs 301 comprennent respectivement des attaches rapides complémentaires adaptées à fixer rigidement le revêtement 300 sur l’élément cylindrique. Ces attaches rapides peuvent être formées par des organes d’emboitement élastique adaptés à réaliser un assemblage du type mâle- femelle.

Alternativement ou additionnellement, les deux premiers flancs 301 peuvent être fixés à l’élément cylindrique par application d’une couche de matériau adhésif agencée le long des deux premiers flancs 301 à l’interface entre le revêtement 300 et ledit élément cylindrique.

Le revêtement 300 présente donc l’avantage d’être simple à installer sur les éléments cylindriques déjà existants.

Le revêtement 300 selon la présente invention est particulièrement avantageux dans son application sur un pylône de pont suspendu, un mât d’éolienne à axe verticale dont les pales sont agencées en aval dudit mât, ou plus généralement toute structure soumise à l’écoulement d’un fluide susceptible de générer une zone de sillage ou des phénomènes vibratoires non désirés.

L’exemple exposé ci-après et représenté par les figures 3 et 4 décrit l’application du revêtement 300 selon l’invention notamment sur des montants, traverses et/ou diagonales d’un pylône 200, par exemple un pylône de télécommunication ou un pylône électrique. On comprend donc que l’élément cylindrique est défini ci-après par tout montant, traverse et/ou diagonale.

Le pylône 200 est par exemple un pylône du même type que ceux de l’art antérieur décrit ci-avant. Le pylône 200 peut comprendre plusieurs modules 201 superposés les uns aux autres et comprenant chacun au moins trois montants 202, par exemple répartis à équidistance les uns des autres. Les montants 202 sont reliés deux à deux par des traverses, dites « traverses périphériques » 203 et des diagonales 204. Les montants 202 d’un module 201 sont fixés aux montants 202 du ou des modules 201 adjacents, par exemple, par emmanchement. Les montants 202, traverses périphériques 203 et diagonales 204 peuvent être formées par des profilés tubulaires de section droite circulaire.

Les traverses périphériques 203 s’étendent préférentiellement selon des axes longitudinaux sensiblement perpendiculaires aux montants 202 et chaque diagonale 204 s’étend préférentiellement entre deux traverses périphériques 203 selon un axe longitudinal incliné par rapport aux axes longitudinaux desdites traverses périphériques 203, comme le montre la figure 3. Il est à noter que seulement deux montants 202 sont représentés sur la figure 3 de sorte à ne pas encombrer ladite figure.

Chaque module 201 comprend au moins une structure support 205. Dans le mode de réalisation décrit ci-après, chaque module 201 comprend deux structures supports 205 fixées à distance l’une de l’autre, dans un volume défini entre les montants 202, en ce sens que le volume est délimité par lesdits montants 202. Les structures support 205 sont préférentiellement fixées à équidistance de chaque montant 202, par des traverses dites « traverses intérieures » 206 agencées radialement par rapport à un axe longitudinal médian du pylône. Plus particulièrement, chacune desdites traverses intérieures 206 d’un module 201 est fixée par une de ses extrémités à un montant 202 et par l’autre à une des structures support 205.

Les structures support 205 d’un module 201 sont configurées pour recevoir des organes de guidage en rotation d’une éolienne 210 à axe de rotation vertical, de sorte que l’éolienne 210 soit agencée dans un volume défini entre les montants 202, comme représenté par la figure 3.

Ces éoliennes 210, par exemple de type Darrieus, comprennent des pales 21 1 s’étendant longitudinalement selon des axes sensiblement verticaux. Ces pales 21 1 sont fixées par des bras 212 à un arbre 213 rotatif mécaniquement lié aux organes de guidage en rotation et solidaire du rotor d’un générateur (non représenté sur les figures).

Les montants 202 sont recouverts par un revêtement 300, au moins sur une portion dont la longueur s’étend au droit des pales 21 1 , et préférentiellement sur l’ensemble de leur longueur, comme le montre la figure 3. Autrement dit, le revêtement 300 recouvre l’ensemble de la périphérie des montants 202, sur une longueur au moins identique à la longueur de la projection orthogonale d’une pale sur lesdits montants.

Dans ce mode de réalisation, les dimensions et formes des alvéoles 303 du revêtement 300, ainsi que la distance entre deux alvéoles 303 adjacents, peuvent être choisies en fonction d’une plage de vitesses du vent prédéterminées dans laquelle l’éolienne 210 est destinée à être opérationnelle. Plus particulièrement, cette plage de vitesses est prédéterminée en fonction de l’intervalle des vitesses du vent dans lequel on souhaite réduire la largeur du sillage généré par les montants 202 du pylône 200.

La figure 4 représente un exemple de fixation du revêtement 300, dans lequel le revêtement 300 est maintenu en position contre le montant par l’utilisation de colliers de serrage.

De manière plus générale, il est à noter que les modes de mise en oeuvre et de réalisation de l’invention considérés ci-dessus ont été décrits à titre d’exemples non limitatifs et que d’autres variantes sont par conséquent envisageables.

Bien que les modules et éoliennes sont décrits et illustrés sur la figure 3 au nombre de trois, leur nombre n'est pas limité à celui décrit et illustré. Ainsi, il est possible, sans se départir du cadre de l'invention, de réaliser un pylône comprenant un, deux, quatre modules et éoliennes ou plus, le nombre d’éoliennes étant au moins égal au nombre de modules.