DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION

[ 0001 ] L'invention se rapporte au domaine des hydroliennes montées sur flotteurs destinées à exploiter de manière autonome l'énergie de surface des courants fluviaux, estuariens ou encore des courants de marée côtiers océaniques pour la production d'énergie électrique.

[0002 ] Par conséquent, le domaine de l'invention se distingue bien du domaine des hydroliennes sous-marines destinées à exploiter les courants marins ou fluviaux en profondeur, c'est-à-dire à plusieurs mètres de profondeur.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE

[0003 ] Classiquement, les hydroliennes flottantes exploitant les courants de surface sont fixées sur des pontons et coulissent en fonction des marées sur des ducs d'albe avec de faibles protections contre les embâcles ou autres déchets flottants ou immergés charriés par les courants de surface.

[0004 ] De plus, en fonction des zones d'exploitation, certains déchets ou objets, charriés en quantité par les courants fluviaux, peuvent venir endommager l'hydrolienne de manière irréversible ou dans une moindre mesure venir obstruer les voies d'eau réduisant ainsi son rendement et nécessitant par conséquent des interventions fréquentes d'un opérateur pour effectuer des opérations de maintenance.

EXPOSE DE L'INVENTION

[0005 ] Dans ce contexte, l'invention vise à proposer une hydrolienne flottante autonome permettant de palier aux inconvénients mentionnés ci- dessus et permettant de réduire les interventions sur l'hydrolienne notamment lorsque celle-ci est utilisée dans un environnement charriant de grandes quantités d'objets.

[0006] A cette fin, l'invention concerne une hydrolienne flottante comportant : une structure flottante ; deux locaux techniques reposant sur ladite structure flottante au-dessus de l'eau ; un mât plongeant dans l'eau ; une hélice à axe de rotation horizontal ou vertical, immergée et montée rotative à la base du mât ; ladite hydrolienne étant caractérisée en ce que la structure flottante est symétrique et ce que l'hydrolienne flottante comporte : des éléments de protection frontale en forme de V positionnés à la proue et à la poupe de la structure flottante ; des éléments de protection latérale s'étendant longitudinalement entre les éléments de protection frontale situés à la proue et les éléments de protection frontale (situés à la poupe (1 2) de la structure flottante (1 0).

[0007] Ainsi, l'hydrolienne selon l'invention présente des protections efficaces de l'hélice face aux embâcles charriés par les fleuves par la mise en place d'une structure renforcée de protection frontale et latérale de l'hélice tout en autorisant le passage du flux d'eau.

[0008] Avantageusement, les éléments de protection frontale sont formés en partie supérieure par un élément déviateur plein apte à encaisser des chocs et en partie inférieure par au moins une grille de protection apte à former un filtre.

[0009] Avantageusement, les éléments de protection latérale sont formés par des plaques pleines.

[0010] Avantageusement, la structure flottante est formée par une pluralité de tubes flotteurs agencés de manière à former une structure symétrique présentant une forme en V au niveau de la poupe et de la proue de l'hydrolienne flottante. Une telle structure flottante en V symétrique permet d'assurer un bon comportement marin.

[0011] Avantageusement, l'hydrolienne flottante comporte une structure portante reposant sur la structure flottante, ladite structure portante supportant le mât et autorisant un déplacement vertical ainsi qu'une rotation dudit mât autour de son axe longitudinal. La structure portante émergée permet ainsi de faciliter les opérations de maintenance, notamment du générateur et des éléments tournants.

[0012] Avantageusement, l'hydrolienne comporte des moyens de manœuvre pour monter, et/ou descendre et/ou basculer ledit mât. [0013] Avantageusement, ledit mât supporte un bulbe étanche, apte à être immergé, comportant une génératrice électrique présentant un axe de rotation horizontal ou vertical.

[0014] Avantageusement, l'hydrolienne comporte des moyens permettant un auto-alignement dudit bulbe dans un flux estuarien ou fluvial.

[0015] Avantageusement, l'hydrolienne comporte des moyens pour verrouiller/déverrouiller automatiquement la position du bulbe en fonction du sens d'un flux estuarien ou fluvial.

[0016] Avantageusement, l'hydrolienne comporte deux amarres, une première positionnée au niveau de la proue et une deuxième positionnée au niveau de la poupe de l'hydrolienne, les deux amarres permettant un autoalignement de l'hydrolienne flottante dans un flux d'eau.

[0017] Avantageusement, l'hydrolienne comporte deux amarres couplées à des capteurs de tension mesurant en temps réel la tension desdites amarres.

[0018] Avantageusement, l'hydrolienne comporte des instruments de mesure permettant la mesure instantanée et continue de la température des locaux techniques et du bulbe étanche et/ou de la profondeur de l'eau et/ou de la vitesse du courant et/ou de la vitesse de rotation de l'hélice et/ou de la position de l'arbre de l'hélice, et/ou de la puissance électrique produite.

[0019] Avantageusement, l'hydrolienne comporte une interface Homme/machine et des moyens de communication permettant de contrôler à distance ladite hydrolienne flottante.

[0020] Avantageusement, l'hydrolienne comporte des moyens de communication permettant d'envoyer à distance les données de mesure mentionnées ci-dessus.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

[0021] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées.

[0022] La figure 1 illustre en perspective un premier mode de réalisation d'une hydrolienne flottante selon l'invention lors de son exploitation. [0023 ] La figure 2 illustre une vue de côté du premier mode de réalisation de l'hydrolienne flottante illustrée à la figure 1 .

[0024 ] La figure 3 illustre une vue de de face du premier mode de réalisation de l'hydrolienne flottante selon l'invention illustrée à la figure 1 . [ 0025 ] La figure 4 illustre en vue de face du premier mode de ralisation de l'hydrolienne flottante selon l'invention lors d'un arrêt.

[0026] La figure 5 illustre une vue en perspective de la partie immergée d'un dispositif d'auto-alignement de l'hydrolienne flottante selon l'invention.

[0027 ] La figure 6 illustre une vue en perspective de la partie émergée d'un dispositif d'auto-alignement de l'hydrolienne flottante selon l'invention.

[0028 ] Les figures 7a à 7d illustrent différents états du dispositif d'auto- alignement de l'hydrolienne flottante selon l'invention lors d'un changement de direction d'un flux d'eau.

[0029] La figure 8 illustre une vue en perspective de la partie émergée d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif d'auto-alignement de l'hydrolienne flottante selon l'invention.

[0030 ] Dans toutes les figures, les éléments communs portent les mêmes références sauf précision contraire.

DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION [0031 ] La figure 1 illustre en perspective l'hydrolienne flottante selon l'invention, lors de son utilisation. La figure 2 illustre en vue de côté l'hydrolienne flottante selon l'invention, lors de son utilisation. La figure 3 illustre en vue de face l'hydrolienne flottante selon l'invention, lors de son utilisation.

[0032 ] L'hydrolienne flottante 1 00 selon l'invention est une hydrolienne autonome permettant de s'adapter de manière autonome au sens et à la force du courant.

[0033 ] L'hydrolienne flottante 1 00 selon l'invention est formée par :

une structure flottante 1 0 symétrique et supportant l'ensemble des éléments constituant l'hydrolienne 1 00 ; une structure portante 20 émergée et liée à la structure flottante 1 0 ;

un mât vertical 30 ;

un bulbe étanche 40 (ou torpille) comportant l'ensemble de la partie mécanique et électromécanique de l'hydrolienne flottante, le bulbe 40 étant raccordé à une hélice 50 à axe horizontal ou vertical, l'ensemble étant destiné à être positionné sous l'eau.

[0034 ] La structure flottante 1 0 est une structure symétrique s'apparentant à une géométrie de type zodiac formée par exemple par un assemblage de six tubes flotteurs 1 3 en acier. La structure flottante 1 0 comporte ainsi deux tubes flotteurs 1 3 longitudinaux raccordés de part et d'autres à deux autres tubes flotteurs 13 formant les extrémités de la structure flottante 1 0, c'est à dire formant la proue 1 1 et la poupe 12 de la structure 1 0. Les deux tubes d'extrémité se rejoignent pour former un profil en V dont la pointe est destinée à être positionnée contre le sens du courant. L'angle d'ouverture de ce profil en V est préférentiellement compris entre 80° et 95°, et avantageusement égal à 90°. Cette forme symétrique de la structure flottante 10 permet ainsi d'être particulièrement adaptée pour exploiter les courants des fleuves estuariens et de garantir une grande stabilité de l'hydrolienne flottante 100 en exploitation.

[0035 ] La structure flottante 10 est dimensionnée de manière à ce que la ligne de flottaison 1 1 0 se situe avantageusement à mi-hauteur des tubes flotteur 1 3 constituant la structure flottante 1 0.

[0036] Selon une variante de réalisation, la structure flottante 1 0 peut être réalisée en plastique ou en résine renforcé ou non avec des matériaux fibreux, tels que du verre, du carbone, etc.

[0037 ] L'hydrolienne flottante 1 00 comporte également des éléments de protection frontale et des éléments de protection latérale solidarisés à la périphérie de la structure flottante 1 0 et permettant de protéger l'hélice 50 ainsi que le bulbe 40 des objets flottants ou immergés charriés par les courants de surface. [0038 ] Les éléments de protection frontale sont formés par une structure en forme de V positionnée au niveau de la proue 1 1 et de la poupe 1 2 de l'hydrolienne et épousant avantageusement le profil en V de la structure flottante 1 0. Les éléments de protection frontale sont ainsi constitués par :

- un élément plein formant un bouclier, dit élément déviateur 15 ou pare-embâcle, en partie supérieure ;

et par des grilles de protection 1 7 positionnées sous le pare- embâcle 1 5.

[ 0039] L'élément déviateur 1 5 est avantageusement formé par deux plaques déviatrices 1 5a, 1 5b, par exemple en aluminium, plongeant par exemple de 40 à 60 cm sous la ligne de flottaison 1 1 0. Les plaques déviatrices 15a, 1 5b forment ainsi une protection, telle qu'un bouclier frontal, contre les embâcles mais permettent également de dévier les embâcles ou objets flottants, arrivant de front, de manière à les écarter de l'hydrolienne, et plus particulièrement de l'hélice 50 et du bulbe 40 en leur imposant une nouvelle trajectoire.

[0040 ] Ainsi, à l'impact et sous la poussée du courant, les embâcles heurtant de front la structure flottante 1 0 sont contraints de suivre une autre trajectoire qui est donnée par le profil des surfaces déviatrices. [ 0041 ] Les grilles 1 7 sont positionnées et soudées sous les plaques déviatrices 1 5a, 1 5b et par conséquent destinées à être entièrement immergées. Les grilles de protection 1 7 sont agencées de manière à se situer par exemple entre 40cm et 1 m20 au minimum sous la ligne de flottaison 1 1 0. Les grilles 1 7 sont également agencées selon le profil en V décrit précédemment car elles sont positionnées dans la continuité des plaques déviatrices 1 5a, 15b. Les grilles de protection 17 fournissent une protection supplémentaire à celle des plaques déviatrices 1 5a, 1 5b pour la protection frontale du bulbe 40 et de l'hélice 50, notamment pour la protection contre les parties immergées des embâcles, tout en laissant passer le flux d'eau de manière à former un filtrage du flux d'eau et ainsi éviter que les pales de l'hélice ne rencontrent des objets trop volumineux. [0042 ] Les grilles 1 7 sont par exemple réalisées en acier avec une épaisseur de quelques millimètres. Les grilles de protection 1 7 sont par exemple formées par une pluralité de montants verticaux de 8mm d'épaisseur espacés par un pas de 45 cm et par une pluralité de montants horizontaux de 6mm d'épaisseur espacés par un pas de 1 5 cm. Les montants verticaux et horizontaux formant les grilles 1 7 sont avantageusement profilés et parallèles à la circulation du flux d'eau symbolisé par la référence FX sur la figure 1 , de manière à ne pas générer de perte de vitesse supplémentaire de l'eau ni de traction supplémentaire sur les lignes d'amarrages de l'hydrolienne flottante 100.

[0043 ] Les éléments de protection latérale 1 6 sont formés par des jupes latérales s'étendant longitudinalement entre deux éléments de protection frontale ou plus particulièrement entre deux plaques déviatrices 1 5a ou 1 5b de manière à former des protections latérales du bulbe 40 et de l'hélice 50. [0044 ] Les jupes latérales ont par exemple des plaques pleines en aluminium ou en acier plongeant au minimum d'un mètre sous la ligne de flottaison 1 10. Ces jupes latérales peuvent être fixées directement sur les tubes flotteurs 1 3 longitudinaux ou encore par l'intermédiaire de plaques supports (non représentées) solidaires des tubes flotteurs 1 3 permettant, via des liaisons amovibles entre les jupes latérales 1 6 et les plaques supports, de pouvoir les positionner et/ou de les retirer en fonction du lieu d'exploitation ou encore pour faciliter des opérations de maintenance.

[0045 ] La structure portante 20 est une structure destinée à assurer le maintien, le pivotement et le levage du mât 30. La structure portante 20 est solidarisée sur la structure flottante 1 0 dans sa partie inférieure par l'intermédiaire de quatre pattes d'accueil 23 soudées sur la partie supérieure de la structure flottante 1 0. La structure portante 20 est ainsi solidarisée sur ces quatre pattes d'accueil 23 par vissage. La structure portante 20 comporte des charnières solidaires des pattes d'accueil lui permettant de basculer latéralement pour le montage/démontage du bulbe 40. La structure portante 20 comporte également un palier supérieur 21 en partie supérieure et un palier inférieur 22 en partie inférieure afin d'assurer le maintien du mât 30 en son centre, le soutien de son poids durant les phases de production d'énergie et sa rotation dans les courants estuariens permettant ainsi un auto-alignement de l'hélice 50 face au courant.

[0046] Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 4, la structure portante 20 est formée à partir de profilés en aluminium de section carrée pour alléger le poids total de l'hydrolienne flottante 1 00.

[0047 ] Le mât vertical 30 est monté pivotant dans la structure portante 20, via les paliers 21 , 22 mentionnés précédemment, et est solidaire du bulbe 40 de l'hydrolienne en partie inférieure (i.e. la partie destinée à être immergée). Le diamètre du mât sera déterminé en fonction de la courantologie et du site d'exploitation. Par exemple, le diamètre du mât est compris entre 260 mm et 330 mm. Le mât est couplé à un système de manœuvre manuel ou électrique destiné à assurer le levage du mât central 30 par exemple pour maintenance ou pour mise en sécurité du groupe bulbe/hélice, et sa descente pour le fonctionnement de l'hydrolienne.

[0048 ] La figure 4 illustre à ce titre l'hydrolienne flottante 100 à l'arrêt lorsque le mât 30 est remonté.

[ 0049] Le bulbe 40 est un bulbe étanche destiné à être immergé et comporte l'ensemble mécanique et électromécanique de l'hydrolienne 1 00 comme par exemple le générateur électrique, un multiplicateur, des éléments tournants, un frein mécanique. Le bulbe 40 est raccordé à une hélice 50 à axe horizontal ou vertical par l'intermédiaire d'un arbre tournant horizontal transmettant la rotation de l'hélice 50 au générateur électrique.

[0050 ] L'hélice 50 est une hélice tripale maintenue classiquement sur l'arbre tournant par l'intermédiaire de mâchoires de part et d'autre de l'arbre tournant. Les pales de l'hélice peuvent être réalisées en résine, en aluminium ou encore en matériaux composites.

[0051 ] L'hydrolienne flottante 1 00 selon l'invention comporte également deux locaux techniques 2, 3 sous la forme de caissons solidaires de la structure flottante 1 0 destinés à accueillir les appareils de régulation et de conversion électrique de l'hydrolienne flottante 1 00 transformant le courant généré par la génératrice (ou alternateur) située dans le bulbe 40 en courant exploitable et injectable sur le réseau électrique ou se substituant à un réseau électrique (en fonctionnement local par exemple).

[0052 ] L'hydrolienne flottante 1 00 comporte également deux amarres 1 8, 1 9 instrumentées positionnées à la proue 1 1 et à la poupe 1 2 de la structure flottante 10 permettant d'ancrer l'hydrolienne flottante 1 00 dans sa zone de fonctionnement. Les amarres 1 8, 1 9 sont avantageusement positionnées aux extrémités de la structure flottante 10 de manière à permettre un autoalignement de l'hydrolienne flottante 1 00 parallèlement à la direction du flux d'eau. Les amarres 1 8, 1 9 sont couplées à des capteurs de lignes d'ancrage formés par des extensomètres permettant ainsi de superviser en permanence la tension des amarres 18, 1 9 et de détecter la présence ou non d'un empilement de déchets flottants sur la structure flottante 1 0.

[0053 ] Ainsi les capteurs de lignes d'ancrage permettent d'assurer une surveillance continue de la tension des ancrages et de déclencher des alertes lorsque la tension des lignes d'ancrage est supérieure à des seuils prédéfinis. Ainsi, il est possible de définir différents seuils dont le dépassement génère différentes alertes et/ou actions de l'hydrolienne pouvant nécessiter par la suite des interventions d'un opérateur. Il est également prévu de définir des seuils d'alerte lorsque la tension est supérieure à une valeur prédéterminée pendant un certain laps de temps, ce qui permet de pouvoir identifier et différencier une tension ponctuelle résultant d'un choc de tronc d'arbre d'une tension constante et soutenue résultant d'un embâcle « accroché » à l'hydrolienne.

[0054 ] L'hydrolienne flottante 1 00 selon l'invention comporte également des sondes de température permettant de contrôler la température du bulbe 40 et des locaux techniques 2,3 de manière à garantir le bon fonctionnement des aimants de l'alternateur. Pour le refroidissement du bulbe 40, différents dispositifs peuvent être utilisés tels que par exemple des radiateurs, des aérateurs, des ventilateurs, etc. Le dépassement de certains seuils de température prédéterminés peut également engendrer le déclenchement de différentes alarmes et/ou actions allant jusqu'à l'arrêt automatique de l'hydrolienne si nécessaire et le levage automatique du mât 30. [0055 ] L'hydrolienne flottante 1 00 selon l'invention comporte également une série de capteurs permettant par exemple de mesurer la vitesse du flux d'eau, de mesurer la vitesse de rotation de l'hélice, de mesurer la position relative de l'arbre tournant. [ 0056] L'hydrolienne flottante 1 00 est également équipée d'une interface Homme/machine et de moyens de communication permettant de recevoir à distance les données mesurées par les différents capteurs embarqués et pour contrôler à distance l'hydrolienne comme par exemple stopper la production à distance. [0057 ] L'hydrolienne flottante 1 00 selon l'invention comporte en outre un dispositif d'auto-alignement 200 permettant un alignement automatique du bulbe 40, et donc de l'hélice 50, en fonction du sens du flux d'eau. Le dispositif d'auto-alignement 200 est particulièrement illustré aux figures 5 et 6. La figure 5 illustre plus particulièrement une vue en perspective de la partie immergée du dispositif d'auto-alignement 200 de l'hydrolienne flottante 1 00 selon l'invention. La figure 6 illustre plus particulièrement une vue en perspective de la partie émergée du dispositif d'auto-alignement 200 de l'hydrolienne flottante 1 00 selon l'invention.

[0058 ] Ce dispositif 200 permet ainsi de réaliser un auto-alignement de l'hélice 50 et du bulbe 40 lors des inversions de courants entre les marées montantes et les marées descendantes.

[0059] Le dispositif d'auto-alignement 200 comporte un premier empennage 201 , dit empennage de bulbe, solidarisé sur le bulbe 40 au niveau de sa partie arrière, c'est-à-dire à l'opposé de l'hélice 50. Ce premier empennage 201 est destiné à être immergé et permet d'orienter le bulbe 40 et donc l'hélice 50 en fonction du sens de la marée.

[0060 ] Le dispositif d'auto-alignement comporte également des moyens de verrouillage/déverrouillage 21 0 permettant de verrouiller et de déverrouiller la position du bulbe 40 en fonction du sens des marées et lors des inversions du courant. [0061 ] A cet effet, les moyens de verrouillage/déverrouillage 21 0 comportent deux verrous 21 5, 31 5 avantageusement positionnés au-dessus de la surface de l'eau et coopérant, via des axes verticaux 21 6, 217 plongeant sous la surface de l'eau, avec deux empennages 202, 203 destinés à être immergés et permettant de réaliser une ouverture ou une fermeture des verrous 21 5, 31 5 en fonction du sens du courant. Les verrous 21 5, 31 5 sont maintenus en position par des ressorts de verrouillage 21 3 nécessitant l'application d'une certaine force pour permettre le verrouillage ou le déverrouillage de la lame 21 1 . Les empennages 202, 203 sont donc dimensionnés en conséquence pour permettre le verrouillage/déverrouillage des verrous 21 5, 31 5 en fonction d'une certaine force de courant prédéterminée.

[0062 ] Les figures 7a à 7d illustrent plus particulièrement le fonctionnement du dispositif d'auto-alignement 200 selon l'invention lors d'une inversion de courant (par exemple lors du passage d'une marée montante à une marée descendante). Les figures 7a à 7d illustrent en vue de dessus la partie émergée du dispositif d'auto-alignement 200.

[0063 ] La figure 7a illustre le dispositif d'auto-alignement 200 lors de la fin d'une marée montante, i.e. juste avant l'étalé. Lors de cette étape, l'hélice 50 est orientée face au courant et le verrou amont 21 5 est en position fermée, i.e. qu'il bloque en position la lame 21 1 . En effet, sous l'effet du courant illustré à la figure 7a, l'empennage 203 du verrou 21 5 ainsi que le ressort de compression 21 3 exercent une force sur le verrou amont 21 5 apte à le maintenir en position fermée et à bloquer la rotation du mât 30 via le blocage de la position de la lame 21 1 . [0064 ] Lors du début de la marée descendante, i.e. lorsque le courant s'inverse, comme illustré à la figure 7b, la force du courant s'intensifie et exerce sur l'empennage 203 du verrou 21 5 une force qui devient supérieure à la force du ressort de verrouillage 21 3 ce qui permet de libérer la lame 21 1 . Le dispositif d'auto-alignement 200 comporte également des ressorts 214 permettant de repousser la lame 21 1 du mât 30 lorsque le verrou 21 5 est dans sa position déverrouillée, de manière à ce que l'empennage 201 du bulbe 40 présente une surface d'appui suffisante pour permettre d'amorcer la rotation de l'hélice 50 sous l'effet du courant. Lorsque la force du courant croit, la rotation du mât 30 et donc du bulbe 40 et de l'hélice 50 est quasi complète comme illustré à la figure 7c. La lame 21 1 vient donc en contact avec l'extrémité du deuxième verrou 31 5 dont la forme arrondie permet de faciliter l'ouverture de verrou 31 5 sous la force de la lame 21 1 poussée par l'empennage 201 du bulbe 40. A ce stade, le courant doit être suffisamment fort pour permettre à l'extrémité de la lame 21 1 de passer la forme arrondie du verrou 315 et donc de compenser la force du ressort de verrouillage 21 3. Ainsi, pendant toute la descente de la marée, l'hélice 50 est maintenue en position face au courant comme illustré à la figure 7d. Le cycle décrit précédemment recommence à la fin de la descente de la marée en prenant en compte une inversion de 1 80° par rapport aux figures décrites.

[0065 ] La figure 8 illustre une vue en perspective de la partie émergée d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif d'auto-alignement 300 de l'hydrolienne flottante selon l'invention. Ce deuxième mode de réalisation est identique au premier mode de réalisation décrit précédemment à l'exception du système bulbe/hélice 1 50 qui présente un axe de rotation vertical.

[0066] Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la structure flottante et la structure portante sont dimensionnées pour permettre le positionnement et le maintien d'une pluralité de mâts couplés à des bulbes et des hélices à axe de rotation vertical et/ou horizontal.

[0067 ] L'invention a été particulièrement décrite pour exploiter l'énergie de surface des courants fluviaux et estuariens ; toutefois, l'invention est également applicable à l'exploitation de l'énergie de surface des courants marins.