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 t ₀ .

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 h _{l s} par exemple 1 ,70 mètre, phase qui peut par exemple durer 1 heure (fin de la phase I à t ₀ + 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 t ₀ + 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 (t ₀ + 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 h ₂ 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 t ₀ et t ₀ + 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.