On trouve cependant encore quelques petites et anciennes installations utilisant de petits cours d'eaux, tels des moulins, dont le rendement est extrmement faible.

Une demande existe cependant pour ces petites installations dans des sites isolés, pour une production locale d'énergie.

Aucune réalisation ne semble exploiter le mouvement de l'eau"à l'état brut", c'est-à-dire en prélevant de l'énergie directement de son mouvement naturel d'écoulement. La turbine hydraulique proposée ici, qui peut combler cette lacune, se caractérise en particulier par une très grande simplicité.

Elle se présente sous l'aspect d'un rotor figurant une"cage d'écureuil" (figure 3) constitué classiquement de deux disques parallèles (1) et (1'), dont les barreaux sont ici remplacés par des pales (2) profilées en ailes d'avion (ou des plans minces en tenant lieu sur des réalisations rudimentaires).

Il sera vu plus loin le grand intért de prévoir une certaine élasticité des pales ou de leur liaison avec leur barreau, et comment la réaliser. Dans un premier temps, pour des raisons de simplification, seules les pales rigides fixées sur leur barreau sont considérées dans l'étude qui va suivre.

Ces pales sont fixées à espacements égaux, par chacune des extrémités de leur"allongement" (terme utilisé pour les ailes d'avion) à la périphérie de ces disques, en étant disposées de façon à ce que les perpendiculaires (R) aux cordes de leur profil passent par l'axe (0) du rotor (figure 4).

L'un des disques (1) comporte un arbre (3) de rotation lui étant perpendiculaire en son centre, et l'autre (1') un simple pivot (4) placé de mme, aligné avec l'arbre (3). Chacun de ces deux éléments (3) et (4) pivote dans un palier (5.) et (5') que porte l'armature (6) qui maintient l'ensemble du rotor (comme le fait une"carcasse"de moteur électrique pour son induit). Cette armature pouvant avoir les formes les plus diverses, mais en gnant le moins possible le passage de l'eau à travers les pales. Dans certaines réalisations, le nombre des pales peut se limiter à une seule (figure 2). Les disques peuvent tre remplacés par des structures-de formes diverses (bras, poutrelles, etc. figures 1 et 2) effectuant la mme fonction de maintien des pales (2).

Les pales sont plongées dans un courant d'eau perpendiculaire à l'arbre (3) et, lorsque le rotor tourne, les poussées (F) sur chacune d'elles génèrent un couple moteur s'exerçant sur l'arbre (3). Ce dernier est le plus souvent vertical et il convient de remarquer alors que le courant peut venir de n'importe quelle direction sans affecter le fonctionnement (caractère omnidirectionnel).

Dans certaines réalisations, comme il sera vu plus loin, l'arbre (3) peut tre horizontal (figure 10).

La figure 4 montre le trajet circulaire des centres de poussée (A) des pales dans un plan perpendiculaire à l'axe (0) de l'arbre (3) (ce centre étant situé environ au quart de la longueur de la corde de profil de la pale compté depuis son bord d'attaque). Ce profil étant en général symétrique par rapport à cette corde, mais il n'est pas exclu

qu'une légère courbure ne se révèle bénéfique au rendement de la turbine.

La ligne (NS) passe par l'axe (0), en étant perpendiculaire au courant d'eau. Les points (A) et (A') représentent deux emplacements de centre de poussée, sur leur trajet circulaire, qui sont symétriques par rapport à la droite (NS).

Il sera considéré dans ce qui suit que l'eau est ici un"fluide parfait", ce qui signifie que la poussée (F) sur chaque pale est perpendiculaire à la vitesse relative (Vr) des molécules d'eau par rapport à la pale. La"traînée" hydrodynamique étant alors considérée nulle, seule la est prise en compte, et constitue donc la force (F).

Le vecteur (Vr) étant la somme du vecteur (Va) (vitesse du courant d'eau) et du vecteur (v) (vitesse linéaire d'entraînement circulaire du centre de poussée (A) de la pale due à-la seule rotation du rotor).

Soit (B) le point où la droite portant le vecteur (F) coupe cette ligne (NS) Le triangle (AOB) est semblable à celui formé par les vecteurs (Va), (v), et (Vr), puisque les côtés de ces triangles sont perpendiculaires deux à deux.

(C'est la seule vitesse (Vr) qui génère la poussée F).

OA/v = AB/Vr = OB/VA donc, OB-OAx Va/v = R x Va/v (R) étant le rayon (OA) du cercle parcouru par le centre de poussée (A) de la pale considérée.

Comme le rapport Va/v a une valeur constante, il s'ensuit que le point (B) est le mme pour tous les points du trajet circulaire des pales (le segment OB étant une constante). Chaque force (F), dont le vecteur représentatif est dit ici"glissant", peut tre considérée comme appliquée en n'importe quel point de la droite qui le porte. Le choix du point (B) s'impose logiquement pour point d'application de

la résultante de toutes ces forces (F), car il leur est commun et fixe (en fluide parfait).

Au passage en (A) et (A') (points symétriques par rapport à la droite (NS) des centres de poussée des pales, les forces (F) et (F') sont égales scalairement. Elles s'ajoutent vectoriellement pour former (F"), qui est toujours perpendiculaire à la ligne (NS). Cette dernière force crée un couple C sur l'arbre (3) valant : C = Fox OB = F"x Va/v x R Chaque point (A) du demi-cercle situé à gauche de la ligne (NS) a son homologue symétrique à droite.

Les forces (F) et (F") agissant sur chacun des "couples"de pales ainsi déterminés ont leur résultante (F") appliquée au point (B). Celle-ci ayant toujours la mme direction (celui du courant d'eau). Il s'ensuit que toutes les forces (F") de chacun de ces"couples"ne sopposent jamais (tout-au plus, ces forces s'annulent-elles aux passages (N) et (S) des pales).

L'angle (OAB) qreprésente lrincidence (i) du courant relatif (Vr), qui est le seul flux à prendre en compte pour la création de la force (F). Pour que l'écoulement soit partout laminaire, il est connu que (i) ne doit pas dépasser approximativement 18°.

Nous pouvons avancer sans faire d'erreur importante que l'incidence maximum (i°) atteinte au cours d'un tour se situe aux environs des points W et E, qui sont les passages frontaux et postérieurs du parcours des pales (en réalité, l'examen attentif de la figure 4 indique que cette incidence maximum se produit un peu au-dessous de ces deux points).

Ce sont également approximativement en ces points (E) et (W) que le couple exercé est le plus fort, en raison de la plus grande incidence (i) combinée avec une importante vitesse (Vr) du courant relatif (qui intervient par son carré).

La figure 4 montre qu'aux points E et W Tg i° = OB/R Si la valeur de 1/3 est donnée au rapport (OB/R), l'incidence (i°) vaut 18,4° ; ce qui convient très bien comme valeur de l'incidence limite à ne pas dépasser pour éviter les"décrochements"et assurer "l'écoulement laminaire"nécessaire aux bons rendements.

Il est donc possible d'en conclure que la puissance maximum que pourra recueillir cette turbine se fera lorsque l'ordre de grandeur du rapport (v/va) (vitesse circulaire des pales par rapport à celle du courant) sera environ de trois.

Il est à noter que les pales se déplaçant ainsi à cette vitesse relativement modeste (trois fois la vitesse (Va) du courant) ne présentent probablement pas de danger pour la majorité des poissons (qui peuvent nager en général bien plus vite).

Si la vitesse, de rotation est imposée (par exemple, comme il sera vu plus loin, par la période du réseau électrique alternatif connecté), et que le courant (Va) dépasse la valeur optimale prévue, il y a"décrochement" progressif, et limitation de la force (F) s'exerçant sur les pales. Les avaries dues à de trop grands efforts s'exerçant sur la turbine peuvent alors tre évitées de ce fait.

Il est possible de simplifier la construction du rotor en supprimant le pivot (4). Les deux paliers (5) et (5') maintenant le rotor sur son armature (6) sont alors disposés sur le seul arbre (3). Le disque (1') lui-mme (ou la structure (1") en tenant lieu) peut tre également supprimé ; ce qui a cependant alors l'inconvénient de diminuer la cohésion des pales entre elles.

Il est intéressant que ces disques possèdent une section lenticulaire pour une meilleure pénétration dans le courant d'eau. Il peut tre prévu que leur face tournée vers

les pales soit suffisamment bombée pour que le flux s'accélère par le rétrécissement de son passage entre celles- ci, ce qui ne peut qu'augmenter l'énergie recueillie.

L'armature (6) du rotor peut tre fixée sous la coque d'un engin flottant (7), soit directement, soit par l'entremise d'entretoises plus ou moins longues pour la disposer à la profondeur désirée. Cet engin pouvant tre une bouée, un corps-mort, une barge, ou toute autre structure flottante, qui est amarré à une berge, ou au mouillage (plusieurs lignes de mouillage sont alors conseillées).

L'arbre (3) en pénètre ses fonds par un presse- étoupe ou joint-spy pour tre connecté aux appareils récepteurs de l'énergie recueillie par la turbine, qui sont alors situés en milieu sec.

Il peut également déboucher dans un puits, ou passer entre deux coques d'un engin flottant multicoque, en faisant l'économie du presse-étoupe ou joint-spy. Les deux paliers (5) et 45') peuvent ainsi ne pas tre immergés pour éviter la corrosion ; mais ils doivent alors, de mme que l'arbre (3), tre très robustes en raison du porte-à-faux très important qu'ils supportent.

Il est mme intéressant dans ce cas de faire légèrement dépasser les pales hors de l'eau pour réduire les frottements visqueux du disque (1) ou de la structure qui en tient lieu (les pales sont alors les seuls éléments tournants qui sont immergés lorsque le disque inférieur (1') est supprimé).

Dans un cours d'eau, de tels engins flottants peuvent s'intégrer au paysage sans le dénaturer, surtout si on les"camoufle"en barques de pcheurs ou en péniches classiques.

En mer, une seule ligne de mouillage pourra éventuellement suffire, mais il sera indiqué d'en disposer plusieurs pour mieux immobiliser ltengin flottant et empcher ainsi la torsion des câbles électriques qui transportent l'énergie fournie par la turbine.

Contrairement à ce qui précède, l'armature (8) de la turbine peut tre fixée sur un socle massif ancré au fond de l'eau dont la structure est étudiée pour la disposer à la hauteur désirée (arbre (3) toujours maintenu vertical). Cet arbre peut dépasser la surface de l'eau pour tre accouplé aux appareils récepteurs de l'énergie produite (figure 7).

Il peut au contraire déboucher dans une enceinte étanche, où se trouvent logés ces appareils (dans ce cas, ce sont des générateurs électriques), en passant par un presse-étoupe ou joint-spy. Cette enceinte étanche pouvant se trouver au- dessus de la turbine mais elle sera le plus souvent au- dessous (figures 5 et 6),-en étant accolée au socle ou logée dans celui-ci. Les câbles transportant l'énergie électrique sont enfouis sous le fond de l'eau ou reposent simplement sur lui.

Comme il a déjà été dit, le caractère omnidirectionnel de la turbine permet de ne pas tenir compte de la direction-des courants, qui sont souvent"tournants" pendant les marées.

Le fonctionnement de la turbine diffère suivant que le générateur est accouplé à un réseau d'électricité alternative important dont la période est bien établie, ou s'il s'agit de fournir de l'énergie en un lieu isolé, en quantité modeste.

Dans le premier cas, l'arbre (3) est connecté à un alternateur, en général par l'intermédiaire d'un multiplicateur de vitesses de rotation (un accouplement direct est possible, en particulier par de récentes techniques). De ce fait, la vitesse de rotation du rotor est alors constante.

Dans le second cas, l'arbre (3) est connecté à un générateur de courant continu ou à un appareillage utilisant directement l'énergie mécanique qu'il fournit (meules, scies..., etc.). La vitesse de rotation peut tre cette fois fonction de celle du courant.

Il y a lieu de bien choisir les caractéristiques mécaniques et électriques de l'installation en fonction des variations des vitesses des courants d'eau à prévoir. (Il a été vu plus haut que l'ordre de grandeur du rapport entre vitesse périphérique (v) des pales et vitesse (Va) du courant est de trois, mais ce chiffre se doit d'tre affiné par des essais effectifs).

Il est à noter qu'en mer les vitesses des courants de marées sont bien déterminées à l'avance sans que soient à craindre d'éventuelles crues dévastatrices.

Que ce soit au large ou dans les cours d'eau, un choix devra tre fait entre les turbines installées sur des engins flottants (ancrés, ou amarrés sur berges ou duc- d'Albe), et celles solidaires de socles posés sur le fond.

La première alternative permet un accès facile aux générateurs, mais soumet l'installation aux aléas de la météo ; la seconde exige un compartiment étanche d'approche difficile.

L'option"grand réseau alternatif-vitesse de rotation constante"permet également de'résoudre les difficultés de démarrage que peut présenter cette turbine.

Ces difficultés ne se présentent pas, comme il sera vu plus loin, si les pales disposent d'une certaine élasticité agissant sur leur forme ou leur liaison sur les barreaux.

L'alternateur se comportant alors provisoirement en moteur synchrone (un montage classique bien connu en électricité permettant le démarrage d'un tel moteur).

Il est également possible dans cette option de remplacer l'alternateur par un générateur construit comme un moteur asynchrone. Il a été en effet observé (avec étonnement la première fois, parce que non prévu, sur les wagonnets d'une mine) qu'un tel moteur se comporte en générateur de courant alternatif d'appoint lorsqu'il est connecté à un réseau général important qui est déjà sous tension alternative de période donnée. Il est cependant fort possible que le rendement ne soit alors pas excellent. Ce

montage présente la particularité intéressante de permettre des vitesses de rotation variées qui peuvent mieux s'adapter aux fluctuations du courant d'eau.

Ces vitesses de rotation sont également variables lorsque des générateurs de courant continu sont employés. Ce dernier pouvant tre utilisé tel quel, par exemple pour de petites installations spécifiques à courant continu dans un lieu isolé, ou transformé en courant alternatif par un onduleur.

Cette turbine peut également servir à fournir de l'énergie à des appareils destinés à élever la température d'un circuit d'eau pour le chauffage de locaux (par courants de FOUCAUD par exemple), ou pour actionner des meules de broyage, ou des mécanismes divers.

L'arbre (3) de cette turbine peut également tre disposé horizontalement. C'est le cas lorsqu'elle barre complètement ou partiellement un chenal (figure 10) qui canalise le courant entre deux parois approximativement ou exactement verticales (qui jouent alors ensemble, avec le sol, le rôle de l'armature (6) du rotor). L'une des parois portant le palier (5') du pivot (4), et l'autre le palier (5) de l'arbre (3). Ce dernier passant également dans un presse- étoupe ou joint-spy pour déboucher dans un compartiment sec où il est connecté aux appareils recueillant l'énergie captée par la turbine.

Il est possible de faciliter le démarrage et d'améliorer le fonctionnement de ces turbines en les équipant de pales dont une partie est constituée de matériaux souples et élastiques ; l'autre demeurant rigide.

La limite entre ces deux parties accolées, rigides et élastiques, se trouve approximativement dans un plan perpendiculaire à la corde des profils, en étant située à peu de distance du bord d'attaque et parallèlement à lui.

Seule la partie incluant ce bord-d'attaque est rigide et est fixée par chacune de ses deux extrémités aux deux disques (1) et (1') dont elle assure la cohésion mutuelle (en jouant le

rôle des barreaux de la"cage d'écureuil"de la figure (3) déjà citée).

L'autre partie, liée à la première et se prolongeant jusqu'à son bord de fuite, est constituée de matériaux souples et élastiques. La pale complète retrouvant son profil d'origine lorsque le courant d'eau est nul ; que le rotor soit arrté ou en rotation. La partie souple de la pale pouvant tre constituée d'une seule matière homogène ou de plusieurs matériaux souples, comportant ou non des renforts longilignes ou transversaux.

On peut réaliser un effet élastique assez proche tout en conservant aux pales leur totale rigidité. Il faut alors munir chacune d'elles d'un long pivot qui la traverse longitudinalement, perpendiculairement à son profil, très près et à distance constante de son bord d'attaque. Ces pivots sont fixés par leurs deux extrémités sur les disques (1) et (l'), et constituent ainsi exactement les barreaux de la"cage d'écureuil" précédemment évoquée.

Chaque pale peut pivoter autour de son pivot dans un évidement tubulaire de.. celle-ci et des Silentblocs ou ressorts divers (ressorts spirales ou simples lames élastiques) sont interposés entre ces deux éléments en les reliant. Ils sont en outre"calés"réciproquement pour que la pale demeure perpendiculaire au rayon (R) qui la concerne (comme les pales initiales ne bénéficiant pas de cette élasticité) lorsque le courant est nul (que le rotor soit en rotation ou non). On peut également, lorsque la pale est au repos, disposer une ou plusieurs lames élastiques, planes, en général en acier à ressort, qui relient longitudinalement le barreau correspondant et le bord d'attaque de la pale. Ce ou ces lames et le centre du barreau étant situés dans le prolongement vers l'avant de l'axe de symétrie de la pale au repos et se prolonger éventuellement jusqu'au bord de fuite en constituant le support médian des matériaux souples nécessaires pour former le profil de la pale. Dans une réalisation simplifiée, ces lames peuvent éventuellement

constituer la pale. (2) elle-mme, sans apport d'autres éléments souples et élastiques.

Le simple examen attentif de la figure 4 fait comprendre qu'aux points (W) et (E) par exemple, ces dispositifs élastiques déterminent à l'arrt une déviation de l'orientation des pales sous l'effet de la force (F) due au courant (Va). Cette déviation détermine une inflexion de cette force (F) qui crée des couples de démarrage de mme sens en (E) et (W).

(Lorsque la turbine n'est pas munie de ces dispositifs élastiques, et qu'elle est à l'arrt, toutes les forces F s'exerçant sur-les pales passent approximativement par le centre (0) du rotor. Le couple de démarrage est donc pratiquement nul. Il est alors indispensable d'appliquer momentanément un couple moteur extérieur agissant sur son arbre (3) ; ainsi qu'il a été vu plus haut pour les générateurs fonctionnant momentanément en moteurs alimentés par le réseau électrique extérieur).

Outre cet effet favorisant le démarrage, cette élasticité détermine une moindre augmentation de l'incidence (i) lorsque, en marche normale, le courant (Va) s'accélère.

Ce qui retarde le moment du"décrochement"des filets d'eau, en contribuant ainsi à la stabilité de fonctionnement du dispositif.

Il est difficile de prévoir à l'avance si la turbine présentée ici aura un développement plus important pour l'exploitation des cours d'eau que pour celle des courants marins.

C'est cette seconde alternative qui est choisie comme exemple de réalisation dans ce qui suit. Dans cette perspective, on peut envisager d'alimenter en courant électrique un endroit isolé, au bord de la mer. Une ou plusieurs turbines peuvent tre placées dans une passe menant à un plan d'eau ; ou au large d'une côte où les courants sont violents.

Plus ambitieux est l'alimentation d'appoint d'un grand réseau électrique alternatif par l'établissement d'un véritable n champ de turbines"également placées au large ou dans une passe, dans un lieu où les courants de marées sont très forts ("Raz de Sein", par exemple).

Celles-ci auront leur lourd socle déposé sur un fond plat (pour que l'arbre (3) soit à peu près vertical).

Des éléments en béton, ou constitués de poutrelles métalliques, portant les deux paliers (5) et (5') seront fixés sur lui pour maintenir la turbine à la bonne hauteur.

Un alternateur sera logé dans un compartiment étanche lié au socle. Cette étanchéité, aussi bien pour le passage de l'arbre (3) que pour les câbles électriques et les portes de visites, devra tre particulièrement soignée.

Le démarrage de la turbine se fera par le réseau général électrique (par les moyens classiques, comme il a été dit, utilisés pour le démarrage des moteurs synchrones). La turbine continuera à'tourner toujours à la mme vitesse constante déterminée par la période du réseau, mme au cours des étals de marées, avec, une faible énergie prélevée alors sur le réseau.

Pour économiser cette énergie, il pourra cependant tre envisagé de laisser la turbine s'arrter d'elle-mme, en l'isolant du réseau pendant ces périodes d'étals. La remise en route étant réalisée comme il est dit précédemment.

Une telle installation sera entièrement à l'abri des temptes et ne craindra pas de vitesses de courant excessives, car celles-ci ne dépendent que des coefficients de marée (ce qui permet également de bien prévoir à l'avance les taux de production d'électricité et de mettre en fonction à temps les générateurs thermiques d'appoint).

De plus, sur un mme littoral, les heures de marées sont étalées dans le temps, ce qui tend à égaliser la production d'énergie.