FR3037920A1 - Structure porteuse d'un systeme eolien comportant une pluralite d'elements de production d'energie, et/ou de froid et/ou d'eau, et systeme eolien comprenant une telle structure - Google Patents

Abstract

L'invention porte sur une structure porteuse d'un système éolien comportant une pluralité d'éléments de production d'énergie, et/ou de froid et/ou d'eau, par exemple une pluralité de turbomachines pour la production d'électricité. La structure porteuse comporte une ossature (1) délimitant une structure secondaire de type tenségrité comportant des fourreaux (3) aptes à recevoir des cartouches amovibles contenant les éléments de production d'énergie/froid/eau, et des éléments de maintien (2) des fourreaux. Les éléments de maintien sont assemblés de manière à assurer une stabilité de la structure secondaire, et l'ensemble des éléments est fixé à l'ossature. L'invention porte également sur un système éolien comportant une telle structure porteuse fixée sur un support flottant pour une application en milieu marin, ou sur un support fixe pour une utilisation en milieu marin peu profond ou terrestre.

Description

Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine de la production d'énergie, de froid et/ou d'eau à l'aide d'un système éolien comprenant une batterie de turbines et/ou d'éléments de Venturi captant l'énergie du vent. En particulier, la présente invention 5 concerne une structure porteuse d'un tel système éolien. Contexte général L'exploitation de l'énergie éolienne pour produire de l'énergie mécanique, classiquement convertie en électricité, est en plein essor dans le contexte économique 10 actuel mondial de développement des énergies renouvelables. L'éolien dit "offshore", c'est-à-dire les systèmes éoliens installés en mer, présente notamment un potentiel de développement très important. Au large des côtes maritimes, les vents puissants et réguliers qui soufflent sur les océans garantissent un meilleur rendement que les éoliennes "onshore", c'est-dire les dispositifs éoliens installés 15 sur terre (iles et continents). Classiquement, des parcs éoliens, onshore ou offshore, sont installés dans des zones ciblées pour leurs conditions de vent favorables, et sont constituées d'une multitude d'éoliennes. Chaque éolienne est typiquement composée d'un mat surmonté d'une nacelle hébergeant les composants nécessaires au fonctionnement de la machine 20 et à laquelle est fixé un rotor comprenant plusieurs pales (en général trois) permettant l'entrainement du rotor par l'énergie du vent, et la transformation de cette énergie mécanique en électricité via un générateur électrique. En domaine offshore, chaque éolienne est fixée au sol sous-marin si le milieu est peu profond, ou peut-être fixée sur un support flottant, comme c'est le cas de l'offshore profond. 25 Ces éoliennes à pales classiques, largement utilisées, présentent cependant un grand nombre d'inconvénients. L'un des inconvénients majeurs est leur rendement qui est à la fois relativement faible au point optimum de fonctionnement et qui diminue brutalement de part et d'autre de cet optimum. Cette diminution brutale du rendement au-delà du point nominal résulte de l'incapacité de ce type d'éolienne de capter l'énergie 30 disponible pour des vitesses de vent pour lesquelles elles n'ont pas été dimensionnées (raisons économiques). D'autres inconvénients, comme la nuisance sonore, la nécessité d'une très forte élévation du rotor des pales, l'instabilité du rotor obligeant à positionner la nacelle au vent à l'aide d'un système d'orientation muni de moteurs électriques, la faible 3037920 2 vitesse de rotation des pales requérant plusieurs trains de multiplicateurs ayant un impact négatif sur le rendement, la fiabilité, ou orientant vers le choix des alternateurs couteux et encombrants, les fondations importantes difficilement retirables, etc., ont conduit certains à développer des systèmes éoliens de configuration différente, composés d'un ensemble de turbines de plus petites dimensions pouvant être assemblées sur un même support. Un tel système est par exemple décrit dans le brevet FR 2 954 415, et est schématiquement illustré aux figures 1A à 1C. Il comporte un dispositif concentrateur d'énergie éolienne 10 en forme de convergent dont la sortie communique avec l'entrée d'une salle machine 11 comportant une pluralité de turbines de captation de l'énergie 10 éolienne. Un extracteur d'air 12 en forme de divergent peut être placé en aval de la salle machine 11 pour évacuer l'air du système. Ce type de système présente une grande surface au vent, généralement plusieurs dizaines de mètre de hauteur et de largeur, et le vent est canalisé dans les turbines de la salle machine 11 par le dispositif convergent 10. Des systèmes similaires, comportant certaines adaptations, peuvent également 15 être utilisés pour produire du froid, en plus de l'énergie mécanique, ou pour produire de l'énergie mécanique et de l'eau, ainsi que décrit dans les brevets FR 2 954 475 et FR 2 954 268. Cependant ces documents ne donnent pas de détails sur la manière d'implanter ces systèmes éoliens dans leur environnement, notamment la structure au sein de 20 laquelle est monté le système multi-turbines. D'autres systèmes éolien multi-turbines sont connus pour une application en domaine onshore ou offshore. Ainsi, la demande de brevet US 2010/0295314A1 décrit un système éolien 25 flottant intégrant des turbines carénées inamovibles et des moyens de conversion et de stockage de l'énergie du vent. Le système peut se déplacer en suspension dans un milieu fluide (air ou eau). La structure support est un cadre flottant à section rectangulaire en matériau léger. Peu de détails sont donnés à propos de la structure support. Dans le cas d'un système se déplaçant dans l'air, le cadre est fait à partir de tubes creux dans 30 lesquels sont injectés de l'hydrogène pour créer une poussée vers le haut. Dans le cas d'un système flottant sur l'eau, le cadre comporte des ouvertures pour alléger la structure et circuler sur l'eau. 3037920 3 La demande de brevet US 2011/0302879A1 décrit le montage d'une structure métallique en forme de tour de grande dimension supportant une multitude de turbines. Les turbines sont par exemple agencées deux par deux sous forme de modules de plusieurs dizaines de mètres de diamètre et sur plusieurs étages formant par exemple 5 une tour de plus de 600 mètres de haut. Les turbines sont enveloppées d'un carénage structuré pour faciliter le passage du vent au travers. Elles sont également montées sur une structure pivotante de façon à s'orienter par rapport au vent. La structure métallique formant le support du système éolien comprend un tour centrale et des tours extérieures entourant les turbines, ainsi que des plateformes supportant chaque module et sa 10 structure pivotante pour former les différents étages de la tour. Les tours extérieures sont reliées deux par deux entre chaque étage par des haubans croisés. Une telle structure est figée une fois montée, les modules contenant les turbines étant enfermés dans la tour métallique. En outre une telle structure en forme de tour n'est pas adaptée pour certaines applications telles que l'offshore profond où l'utilisation d'un support flottant est requis. 15 Dans tous les systèmes ci-dessus, la ou les turbines ainsi que la génératrice font parties intégrante de la structure. Si une des turbines tombe en panne, le temps d'intervention pour son remplacement est élevé, voire dans le pire des cas, un arrêt complet de l'équipement doit être envisagé. 20 De manière générale, il existe un besoin de fournir une structure porteuse d'un système éolien multi-éléments de captation de l'énergie éolienne légère et permettant une adaptation du système à toutes les conditions de vent. 25 Objectifs et résumé de l'invention La présent invention une vise à fournir une structure support pour un système éolien comprenant une pluralité de turbines et/ou d'autres éléments captant l'énergie éolienne, qui puisse être posée soit sur un support flottant en offshore profond soit sur un support fixe en onshore ou offshore posé (offshore peu profond où le système éolien est 30 posé sur des fondations ancrées au sol). De manière générale, la présente invention vise à répondre, au moins en partie, aux lacunes de l'art antérieur présentées ci-dessus, et vise en particulier à fournir une 3037920 4 telle structure porteuse et son système éolien satisfaisant au moins à l'un des objectifs suivants: être légère ; être facile à mettre en place et à maintenir en bon état de fonctionnement ; 5 être modulable ; être deformable, - être résistante ; - être éventuellement rétractable ; renforcer la fiabilité du système éolien ; simplifier la conception et la réalisation d'un support flottant pour une telle structure dans le cadre d'application offshore. Ainsi, pour atteindre au moins l'un des objectifs susvisés, parmi d'autres, la présente invention propose, selon un premier aspect, une structure porteuse d'un 15 système éolien comportant une pluralité d'éléments de production d'énergie, et/ou de froid et/ou d'eau, ladite structure comprenant : - une ossature délimitant une structure secondaire ; - ladite structure secondaire comprenant : o des fourreaux aptes à recevoir des cartouches amovibles, lesdites 20 cartouches amovibles comprenant lesdits éléments de production d'énergie, et/ou de froid et/ou d'eau; o un ensemble d'éléments de maintien pour maintenir lesdits fourreaux, lesdits éléments de maintien étant assemblés de manière à assurer une stabilité de ladite structure secondaire, ledit ensemble d'éléments de 25 maintien étant fixé à ladite ossature. Selon un mode de réalisation de l'invention, la structure secondaire comprend une toile tendue remplissant au moins en partie les espaces formés entre lesdits fourreaux d'une part et entre lesdits fourreaux et l'ossature d'autre part, ladite toile comprenant de préférence des ouïes tarées. 30 De préférence, les fourreaux sont des enveloppes de forme cylindrique, de forme parallélépipédique ou sont composées de trois parties successives respectivement de forme convergente, de forme cylindrique et de forme divergente. Les parties de forme convergente et divergente des fourreaux peuvent alors être formées par une toile tendue. 3037920 5 Selon un mode de réalisation, les cartouches amovibles comprennent des turbomachines. Selon un mode de réalisation, les cartouches amovibles comprennent des éléments de production de froid et/ou d'eau, chacun desdits éléments de production de 5 froid et/ou d'eau comportant au moins un col de Venturi. Les éléments de maintien de la structure secondaire peuvent comprendre un ou plusieurs des éléments de type suivant : câble, tige, ressort, vérin, articulation telle qu'une rotule, et comprennent de préférence au moins des câbles tendus. Les fourreaux et les éléments de maintien forment un maillage, de préférence 1 0 régulier, chaque maille étant formée par un sous-ensemble d'éléments de maintien et de fourreaux, lesdites mailles étant de forme triangulaire, carré, rectangulaire, ou hexagonale, et chaque fourreau étant placé au moins aux extrémités desdites mailles. Selon un mode de réalisation, la structure porteuse comporte en outre : - un concentrateur d'énergie éolienne en forme de convergent fixé à l'ossature et 15 placé en amont de l'ensemble des éléments de production d'énergie, et/ou de froid et/ou d'eau ; et/ou - un extracteur d'air en forme de divergent fixé à l'ossature et placé en aval de l'ensemble des éléments de production d'énergie, et/ou de froid et/ou d'eau ; ledit concentrateur et/ou ledit extracteur étant de préférence formés en partie par 20 une toile tendue. L'ossature peut être de type portique de forme rectangulaire, cylindrique, en forme de croissant, ou de type mât tel qu'un pylône en treillis. L'ossature peut comprendre un assemblage de poutres mécano-soudées entre elles. 25 Selon un mode de réalisation, la structure porteuse comporte des moyens d'haubanage pour augmenter la stabilité de la structure, les moyens d'haubanage étant ancrés à un support de ladite structure, ledit support étant flottant ou fixé au sol. Avantageusement, la structure porteuse comprend des moyens de manutention pour mettre en place ou retirer les cartouches amovibles des fourreaux. 30 Selon un deuxième aspect, la présente invention porte sur un système éolien comportant une pluralité d'éléments de production de d'énergie, et/ou de froid et/ou d'eau, comprenant une structure porteuse selon l'invention, et un support flottant sur lequel est fixée la structure porteuse pour une utilisation dudit système en milieu marin. 3037920 6 Selon un troisième aspect, la présente invention porte sur un système éolien comportant une pluralité d'éléments de production de d'énergie, et/ou de froid et/ou d'eau, comprenant une structure porteuse selon l'invention, et un support fixé au sol sur lequel est fixée la structure porteuse pour une utilisation dudit système en milieu marin peu 5 profond ou en milieu terrestre. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisations particuliers de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, la description étant faite en référence aux figures annexées 10 décrites ci-après. Brève description des figures Les figures 1A, 1B et 1C sont des schémas d'un système éolien multi-turbines pour la production d'énergie.

Les figures 2A et 2B sont respectivement des vues schématiques de face et de profil d'une structure porteuse selon un mode de réalisation de l'invention pour un système éolien multi-turbines pour la production d'énergie. Les figures 3A et 3B sont respectivement des vues schématiques de face et de profil d'une structure porteuse selon un autre mode de réalisation de l'invention pour un 20 système éolien multi-turbines pour la production d'énergie. La figure 4 est une vue schématique de face d'une structure porteuse selon un autre mode de réalisation de l'invention pour un système éolien multi-éléments pour la production d'énergie, et/ou de froid et/ou d'eau. Les figures 5A, 5B, 5C et 5D sont des schémas illustrant différents exemples 25 d'agencement des fourreaux de la structure porteuse selon l'invention. Les figures 6A et 6B sont des coupes schématiques de deux exemples de réalisation d'un fourreau avec sa cartouche amovible de la structure porteuse selon l'invention.

30 Sur les figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou analogues.

3037920 7 Description de l'invention L'objet de l'invention est de proposer une structure porteuse d'un système éolien comportant une pluralité d'éléments de production de d'énergie, et/ou de froid et/ou d'eau à partir de la conversion de l'énergie du vent.

5 La structure porteuse selon l'invention est bien adaptée pour récupérer l'énergie du vent à partir d'un tel système, la structure étant posée soit sur un support flottant en offshore profond, soit sur un support fixe en onshore ou offshore posé. Cette structure, qui est de type tenségrité, a pour but de servir de support pour la multitude de turbines ou d'éléments de Venturi du système éolien.

10 La structure porteuse s'apparente à une structure de type tenségrité en ce qu'elle est conçue de manière à être rigide et légère, avec un minimum de matériaux. On rappelle que le terme de tenségrité en architecture est défini comme étant la faculté d'une structure à se stabiliser par le jeu des forces de tension et de compression qui s'y répartissent et s'y équilibrent. Les structures établies par la tenségrité sont donc 15 stabilisées, non par la résistance de chacun de leurs constituants, mais par la répartition et l'équilibre des contraintes mécaniques dans la totalité de la structure. Ainsi, un système mécanique comportant un ensemble discontinu de composants comprimés au sein d'un continuum de composants tendus peut se trouver dans un état d'équilibre stable. Ce qui signifie, par exemple, qu'en reliant des barres par des câbles, sans relier directement les barres entre elles, on arrive à constituer un système rigide et de préférence économique car celui-ci demande moins de matériaux. Les figures 1A à 1C illustrent schématiquement un système éolien multi-turbines pour la production d'énergie connu, décrit par exemple dans la demande de brevet 25 FR2954415A1. La structure proposée par les inventeurs est adaptée à porter un tel système éolien. En particulier, la figure 1A est un schéma en coupe représentant l'ensemble du système éolien 100. Ce système comprend, relativement à la direction du vent 9, trois 30 éléments principaux (les termes d'amont et d'aval sont définis par rapport à la direction du vent) : - en amont, un système concentrateur d'énergie 10 se présentant sous la forme d'un convergent, par exemple un cône, ou équivalent à un cône. Le vent entre dans ce premier 3037920 8 élément 10 au travers de la surface d'entrée 15 et sort au travers de l'aire réduite de la surface 16. Lors de la traversée du convergent, la vitesse de l'air augmente inversement proportionnellement à la surface, tandis que la pression statique diminue selon une loi quasi isentropique régissant la transformation de l'énergie potentielle en énergie cinétique 5 sur la base d'une quasi conservation de l'énergie transportée par le vent. - en aval de l'élément concentrateur 10, l'élément machine 11, aussi appelée salle machine, regroupe plusieurs turbines captant une partie de l'énergie cinétique de l'air et entraînant divers types de machines convertissant l'énergie mécanique, disponible en bout d'arbre des turbines, en énergie électrique (alternateurs) ou potentielle (pression ou 10 hauteur manométrique d'un fluide au travers de compresseurs ou de pompes). L'air entre au travers de la surface 16 et sort au travers de la surface 17. - en aval de l'élément machine 11, on dispose éventuellement un élément divergent 12 permettant l'évacuation de l'air absorbé par le convergent 10 et ralenti par le groupe de machines ayant capté une partie de l'énergie cinétique de l'air d'entrée. L'air est évacué 15 au travers de l'aire élargie de la surface de sortie 18. Lors de la traversée du divergent, la vitesse diminue inversement proportionnellement à la surface tandis que la pression statique augmente selon une loi quasi isentropique régissant la transformation des énergies et la quasi conservation de l'énergie entre les surfaces 17 et 18. Le divergent peut être entouré d'une enveloppe convergente de plus grande dimension que le 20 concentrateur d'énergie en amont de façon à capter une énergie cinétique supplémentaire non captée par le concentrateur amont et pouvant servir à activer l'évacuation de l'air dans le divergent. Dans la présente description, on entend par convergent un dispositif de type conduit dans lequel circule un fluide (air) et dont la forme est convergente, se traduisant par une section de sortie plus petite que la section d'entrée et des lignes convergentes de l'entrée vers la sortie, en vue d'augmenter l'énergie cinétique du fluide qui le traverse. De même on entend par divergent un dispositif de type conduit dans lequel circule un fluide (air) et dont la forme est divergente, se traduisant par une section de sortie plus grande que la section d'entrée et des lignes divergentes de l'entrée vers la sortie, en vue de diminuer l'énergie cinétique du fluide qui le traverse. Le convergent et le divergent peuvent avoir une section circulaire, carré, rectangulaire, de préférence circulaire, tel qu'un élément conique.

3037920 9 Typiquement, les turbomachines (ensemble turbine + machine) sont de taille métrique et réparties uniformément sur une surface correspondant à la surface balayée par une éolienne classique. Un exemple de l'élément machine 11 comportant la pluralité de turbines, est 5 illustré selon une vue de face à la figure 1 B, et la figure 1C est une vue en coupe d'un exemple de l'élément machine 11 avec en amont l'élément convergent 10. L'élément machine 11 est constitué d'un ensemble de blocs élémentaires, par exemple de section sensiblement carrée. La section carrée peut comprendre en amont un cône 21 alimentant une section cylindrique 22 dans laquelle se trouvent les pales (ou 10 aubes) des turbines. Les pales des turbines entraînent par un arbre une machine absorbant l'énergie fournie par les pales (non représentés). Les machines entraînées par les turbines peuvent être, par exemple, des alternateurs pour la fourniture d'énergie électrique, des compresseurs pour la compression d'un gaz (air ou autre) ou des pompes pour le relevage de la hauteur 15 hydrostatique d'un liquide. Les rotors peuvent éventuellement être désaccouplés individuellement en vue de la maintenance d'un élément de machines tournantes. Dans la présente invention on désignera par élément de production d'énergie 20 un élément comprenant un ensemble unitaire turbine/machine. L'élément de production d'énergie 20 comprend au moins la section cylindrique 22 contenant l'ensemble 20 turbine/machine. Il peut également comprendre le cône 21, qui est un élément convergent qu'on désignera comme convergent élémentaire, par opposition à l'élément convergent principal 10 du système éolien multi-turbines global. L'élément de production d'énergie 20 peut aussi comprendre un élément diffuseur 23 ayant une forme divergente, placé en aval de la section cylindrique 22, de façon à limiter les pertes par diffusion. Ce divergent 23, 25 qu'on désignera comme divergent élémentaire, par opposition à l'élément divergent principal 12 du système éolien multi-turbines global, permet, par ailleurs, de limiter les pertes par mélange entre plusieurs éléments adjacents. En amont de la salle machine, le convergent principal 10 peut comprendre des moyens d'ouverture 110 tels que représentés sur la figure 1C, disposés dans la paroi du 30 cône et actionnés de façon à dévier une partie de l'air (donc de son énergie) vers l'extérieur du cône et ainsi maintenir une vitesse optimum à l'entrée de chaque turbine dans le cas où la vitesse du vent excède celle correspondant à la mise en service de toutes les turbines. Ces moyens de contournement d'air peuvent être actionnés de façon naturelle, par exemple, sous l'effet de la pression du vent (force supérieure à la force de 3037920 10 rappel d'un ressort) ou de façon contrôlée (système motorisé), de façon à maintenir une vitesse optimum au niveau des turbines. De façon à faciliter l'écoulement de l'air en amont de chaque turbine, les éléments de production d'énergie 20 peuvent être montés, dans la salle machine 11, les 5 uns par rapport aux autres sous la forme d'un cône, ou sous une forme sensiblement conique, dans le prolongement du convergent principal 10. Ainsi les turbines dans un plan passant par l'axe du cône sont montées comme représenté à la figure 1C. Selon cette configuration, les turbines au niveau des parties périphériques de la salle machine 11 seraient représentées en coupe de manière alignée verticalement.

10 La présente invention concerne la structure formant le support d'au moins l'élément machine 11 comportant la pluralité des turbomachines. La structure selon l'invention peut également servir de support à un élément concentrateur 10 et/ou à un élément divergent 12.

15 L'invention ne se limite pas au type de configuration géométrique décrit ci-dessus et les éléments de production d'énergie 20 peuvent être répartis selon d'autres types de configuration géométrique sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Selon l'invention, le système éolien multi-turbines illustré à la figure 1 peut 20 également comprendre des équipements additionnels pour produire du froid et/ou de l'eau en complément de la production d'énergie. De tels équipements de production de froid et/ou d'eau sont par exemple décrits dans les demandes de brevets FR2954475A1 et FR2954258A1. Une description de ces équipements connus est réalisée plus loin. Il s'agit de ce qu'on appelle dans la présente description des éléments de production de froid 25 et/ou d'eau qui comprennent des éléments de Venturi en référence à l'effet de Venturi exploité pour produire du froid et/ou de l'eau. Le système éolien porté par la structure selon l'invention peut également comprendre de tels éléments pour la production de froid et/ou d'eau sans comporter de 30 turbomachines. Dans ce cas, la salle machine 11 est remplacée par une salle de production de froid et/ou d'eau comportant un ensemble d'éléments de production de froid et/ou d'eau tels que décrits ci-dessous, pouvant être disposés de la même manière que les turbines.

3037920 11 Elements pour la production de froid et/ou d'eau L'élément de production de froid ou de production d'eau comprend un élément de Venturi. Un élément Venturi est formé par un col essentiellement rectiligne.

5 Il peut alternativement être formé par un col incurvé dans certaines configurations particulières propres à la production d'eau, telles que décrites plus loin. Il peut également être formé par un ensemble de cols élémentaires essentiellement rectilignes montés en parallèle, et disposés par exemple en rectangle ou en cercle. Dans le cas d'un montage rectangulaire de plusieurs cols, l'élément Venturi est 10 formé par exemple par des cols élémentaires sensiblement parallélépipédiques et présentant une section sensiblement carrée. Un col élémentaire est éventuellement précédé d'un cône d'adaptation pour faciliter la distribution de l'écoulement du fluide (air) entre le cône d'entrée convergent 10 et l'élément Venturi. Ce cône d'adaptation est similaire au cône 21 représenté à la figure 15 1C pour l'élément de production d'énergie. Lors de la traversée du cône d'entrée convergent 10, la vitesse augmente inversement proportionnellement à la surface tandis que la pression statique et la température diminuent selon une loi quasi isentropique reposant sur une quasi conservation de l'énergie transportée par le vent. La chute de température dans l'élément 20 10 dépend essentiellement de la vitesse du vent à l'entrée 15 de l'élément d'entrée 10 et du rapport des surfaces entre la sortie 16 et l'entrée 15 du convergent 10. La température à l'entrée de l'élément Venturi est donnée par le rapport des surfaces entre l'aire formée par l'entrée du/des éléments de Venturi et des turbines le cas échéant (cas d'un système éolien comprend des éléments Venturi et des turbines), et 25 l'entrée 15 du convergent 10. Compte tenu des conditions requises pour la production de froid et/ou la condensation de l'eau, la température dans les éléments de Venturi est par exemple ajustée en fonction de la vitesse du vent et de la température à l'entrée du convergent principal 10 par l'intermédiaire du rapport des surfaces.

30 Ainsi pour une température à l'intérieur de l'élément de Venturi trop élevée correspondant soit à une vitesse du vent trop faible soit à une température d'entrée trop élevée, l'aire formée par l'entrée du/des éléments de Venturi peut être diminuée par la fermeture d'un ou plusieurs cols élémentaires. A l'inverse, pour une température à l'intérieur du Venturi trop faible correspondant soit à une vitesse du vent trop élevée soit à 3037920 12 une température d'entrée trop faible, l'aire formée par l'entrée du/des éléments de Venturi peut être augmentée par l'ouverture d'un ou plusieurs cols élémentaires. D'autres moyens de régulation de la température dans le col de Venturi peuvent être utilisés : 5 - les cols élémentaires présentent différentes sections de passage : grande, moyenne et petite pour un réglage grossier, moyen et fin de la température, et peuvent être ouverts ou fermés indépendamment les uns des autres ; - un ou plusieurs cols élémentaires peuvent comprendre des vannes de réglage de façon à régler l'aire de passage.

10 Production de froid L'élément de production de froid comprend également des moyens de transfert des frigories vers l'extérieur. Ces moyens de transfert des frigories vers l'extérieur de l'élément de Venturi peuvent être formés par des échangeurs de chaleur, pouvant être montés en quantité 15 variable autour du col de Venturi selon les besoins des procédés. En effet, l'abaissement de la température de l'air à l'intérieur du Venturi communique un abaissement de température sur les parois du Venturi et la possibilité de transférer les frigories produites au sein du Venturi vers l'extérieur par l'utilisation d'échangeurs de chaleur.

20 Le transfert des frigories de l'intérieur d'un Venturi vers l'extérieur correspond à un apport de chaleur au travers des parois du Venturi puis vers l'air circulant à l'intérieur de ce Venturi. L'air s'échauffant dans la direction de l'écoulement suite à l'apport de chaleur en provenance des échangeurs de chaleur, un maintien de la température le long du col du Venturi ou un abaissement supplémentaire de la température peuvent être 25 obtenus par une diminution supplémentaire de l'aire de passage du col de Venturi. Cette diminution de l'aire de passage peut correspondre à une forme convergente du col du Venturi, où l'aire en sortie du col de Venturi est plus petite que l'aire en entrée du col de Venturi. Le transfert de chaleur au niveau de l'échangeur de chaleur peut s'effectuer en plusieurs passes de façon à améliorer son efficacité et avec changement de direction 30 entre chaque passe de façon à obtenir des températures aussi homogènes que possible. Cette méthode de transfert des frigories vers l'extérieur présente l'avantage de ne pas être intrusive et, par conséquent, de ne pas générer de perte de charge à l'intérieur des cols de Venturi au détriment d'une moins grande efficacité concernant le transfert de chaleur.

3037920 13 Les moyens de transfert des frigories vers l'extérieur de l'élément de Venturi peuvent comprendre des inserts dans le col de Venturi connectés aux parois du col. Le transfert de chaleur peut ainsi être amélioré par l'utilisation d'inserts par exemple constitués de plaques planes de très faible épaisseur montées parallèlement à 5 l'écoulement et parallèlement/perpendiculairement par rapport aux parois du col. Le transfert de chaleur s'effectue de l'air froid vers les inserts par convection puis des inserts vers les parois du col par conduction. Cette méthode de transfert des frigories vers l'extérieur, semi-intrusive, permet de faciliter le transfert de chaleur comparée à l'utilisation d'échangeurs de chaleurs seuls, compte tenu d'une plus grande surface 10 d'échange, mais au détriment d'une augmentation des pertes de charge à l'intérieur du col (augmentation de la surface de friction). Les moyens de transfert des frigories vers l'extérieur de l'élément de Venturi peuvent également comprendre des tubes montés à l'intérieur des cols de Venturi parallèlement à l'écoulement et dans lesquels circule un fluide à refroidir. Le transfert de 15 chaleur peut ainsi encore être amélioré. Le transfert de chaleur s'effectue de l'air froid vers les tubes puis des tubes vers le fluide à refroidir circulant à l'intérieur des tubes, dans les deux cas par convection. Le transfert de chaleur est facilité par la relativement grande surface d'échange offerte par les tubes et la moindre résistance au transfert de chaleur. En revanche, l'efficacité du transfert de chaleur est obtenue au détriment d'une 20 augmentation des pertes de charge à l'intérieur du col comparé au cas semi intrusif. Cette augmentation des pertes de charge résulte à la fois d'une augmentation de la surface de friction et d'une réduction de la section de passage. S'il est difficile de réduire la surface de friction sans contrecarrer le transfert de chaleur, l'effet de la réduction de la surface de passage dans le col du Venturi résultant de l'insertion de tubes dans ce col peut 25 facilement être résolu par une augmentation de la section de passage du col conduisant à une même vitesse de passage de l'air au travers du col. Production d'eau L'élément de production d'eau comprend des moyens de condensation et de collecte de l'eau.

30 Par exemple, les moyens de condensation et de collecte de l'eau forment avec l'élément de Venturi un système de production d'eau essentiellement rectiligne (tel que par exemple représenté aux figures 18, 19 et 20 de FR 2 954 268). Dans ce cas, le col de Venturi est essentiellement rectiligne, et les moyens de condensation et de collecte de l'eau comprennent un canal divergent en aval du col de Venturi, ledit canal divergent 3037920 14 comprenant des éléments internes 115 servant au dépôt des gouttelettes ainsi qu'à la collecte de l'eau. La fonction de l'élément de Venturi est de créer une condition favorable à la condensation de l'eau. Toutefois, la condensation de l'eau n'étant pas instantanée, elle ne 5 se produit qu'en très faible quantité dans cet élément. Par ailleurs, il n'est pas souhaitable que la condensation de l'eau se produise dans un canal de faible section d'aire où la vitesse d'écoulement de l'air est très élevée et peu favorable au dépôt des gouttelettes d'eau sur les parois comme à leur croissance. La longueur de l'élément Venturi est dimensionnée de façon à ce que la cinétique de la condensation (retard à la 10 condensation) permette la condensation dans la partie aval de l'élément Venturi. Cette longueur est, bien entendu, dépendante d'une grande quantité de paramètres connus de l'homme du métier : la température et l'humidité relative à l'entrée de l'élément convergent 10 ainsi que la température à l'entrée du col de Venturi. Les cols élémentaires peuvent être convergents de façon à accentuer l'abaissement de la température le long de 15 l'écoulement favorisant la condensation de l'eau. Un canal fortement divergent en vue d'une collecte de l'eau est disposé en aval du col de Venturi, dans la continuité de ce dernier. Bien que l'augmentation de la section de passage entraîne une élévation de la température correspondant à une situation d'évaporation d'eau elle-même conditionnée par la cinétique à l'évaporation (retard à 20 l'évaporation), la longueur du canal divergent est dimensionnée de façon à ce que l'eau ne puisse s'évaporer de façon significative dans cette section. La longueur du canal divergent est déterminée similairement à celle de du col de Venturi en amont de façon à ce que l'évaporation ne se produise que dans la partie aval, voire, en aval du canal divergent.

25 Comme il est mentionné plus haut, le col de Venturi est dimensionné de façon à ce que la condensation de l'eau (nucléation et croissance des gouttelettes) se produise en aval du col de Venturi et, par conséquent, dans le canal divergent avant que la réalisation de l'évaporation ne devienne prépondérante sur la condensation en aval du canal divergent. A cet effet, le canal divergent comprend des éléments internes servant au 30 dépôt des gouttelettes ainsi qu'à la collecte de l'eau. La vapeur d'eau sortant du col de Venturi étant dans une phase de condensation effective et l'air étant fortement ralenti par l'augmentation de la section de passage, les conditions sont alors remplies pour le dépôt et la croissance des gouttelettes sur les parois de canal divergent, en particulier, sur les parois des éléments internes.

3037920 15 Les éléments internes sont légèrement inclinés par rapport à l'axe du col de Venturi et du canal divergent de façon à ce que l'air ainsi que les gouttelettes transportées par l'air viennent impacter les éléments internes. Les éléments internes peuvent être des réservoirs parallélépipédique comprenant une face supérieure inclinée par rapport à l'axe 5 du col de Venturi et du canal divergent et comportant des ouvertures sous forme de rainures dans lesquelles vient s'accumuler l'eau en provenance des gouttelettes ruisselant à la surface de la face supérieure. L'eau est collectée à l'intérieur des éléments internes et évacuée de ces éléments internes de façon classique par l'intermédiaire de conduits positionnés en partie basse des éléments internes, puis évacuée vers l'extérieur du canal 10 divergent. Alternativement, les moyens de condensation et de collecte de l'eau forment avec l'élément de Venturi un système de production d'eau essentiellement incurvé (tel que par exemple représenté aux figures 21a et 21b de FR 2 954 268). Dans ce cas le col de Venturi est incurvé, et les moyens de condensation et de collecte de l'eau 15 comprennent un canal divergent en aval du col de Venturi. Le col de Venturi peut être convergent de façon à accentuer l'abaissement de la température le long de l'écoulement favorisant la condensation de l'eau. Comme dans le cas précédent, la longueur de l'élément de Venturi est dimensionnée de façon à ce que la cinétique de la condensation (retard à la 20 condensation) permette la condensation effective dans sa partie aval. Bien que la quantité d'eau en formation soit relativement faible dans ce premier élément, il est incurvé de façon à créer une force centrifuge bien en amont du canal divergent permettant la séparation des fluides de différente densité, l'air et l'eau circulant préférentiellement sur les parties, respectivement, interne et externe du conduit incurvé.

25 Contrairement au col de Venturi incurvé, le canal situé en aval est fortement divergent en vue d'une collecte de l'eau dans cette section, et son dimensionnement et fonctionnement est identique à ce qui est décrit plus haut dans le cas des canaux rectilignes.

30 Selon l'invention, la structure porteuse peut accueillir des éléments de production d'énergie, ou des éléments de production de froid, ou des éléments de production d'eau, ou une combinaison desdits éléments. Ainsi, dans le cas d'une combinaison, la structure peut comprendre certains fourreaux incluant des cartouches comprenant un type d'élément, par exemple des cartouches contenant chacune une turbomachine pour la 3037920 16 production d'énergie, et d'autres fourreaux avec des cartouches contenant un autre type d'élément, par exemple des cartouches contenant chacune un élément de production de froid. Un élément de production de froid peut également intégrer des moyens de 5 condensation et de collecte d'eau, tout comme un élément de production d'eau peut comprendre des moyens de transfert des frigories vers l'extérieur, tels que décrit précédemment. La structure porteuse selon l'invention comprend une ossature délimitant une 10 structure secondaire. La structure secondaire comporte : - des fourreaux aptes à recevoir des cartouches amovibles, chaque cartouche comprenant un élément de production d'énergie, ou un élément de production de froid ou un élément de production d'eau ; - un ensemble d'éléments de maintien pour maintenir les fourreaux, les 15 éléments de maintien étant assemblés de manière à assurer une stabilité de la structure secondaire, et l'ensemble des éléments de maintien étant fixé à l'ossature. Des exemples de réalisation, non limitatifs, sont représentés aux figures 2 à 6 et détaillés plus loin dans la description.

20 Selon un mode de réalisation, les cartouches amovibles comprennent des turbomachines pour produire de l'énergie. Dans ce cas la structure selon l'invention porte un système éolien destiné en premier lieu à produire de l'énergie, de préférence de l'électricité. Selon un autre mode de réalisation, les cartouches amovibles comprennent des 25 éléments de production de froid et/ou d'eau, chacun des éléments de production de froid et/ou d'eau comportant au moins un col de Venturi. Dans ce cas, le système éolien porté par la structure selon l'invention peut soit être destinée à produire en premier lieu de l'énergie, de préférence de l'électricité, et en complément du froid et/ou de l'eau si la majorité des cartouches comprennent des turbomachines, les autres cartouches 30 comprenant les éléments de production de froid et/ou d'eau, soit être destiné à produire uniquement du froid et/ou de l'eau si aucune turbomachine n'est intégrée dans les cartouches amovibles. La structure porteuse peut en outre comprendre : 3037920 17 - un concentrateur d'énergie éolienne en forme de convergent 10 fixé à l'ossature et placé en amont de l'ensemble des éléments de production d'énergie, et/ou de froid et/ou d'eau ; et/ou - un extracteur d'air en forme de divergent 12 fixé à l'ossature et placé en aval de 5 l'ensemble des éléments de production d'énergie, et/ou de froid et/ou d'eau. L'ossature rigide maitresse a pour but de soutenir la structure secondaire dont la stabilité est assurée par l'assemblage particulier des fourreaux et des éléments de maintien et sa fixation à l'ossature. L'ossature délimite dans l'espace la structure 10 secondaire. Elle peut englober totalement la structure secondaire, comme représenté aux figures 2A ou 3A, ou de manière partielle, tel qu'illustré à la figure 4. L'ossature peut être, sans être limitatif, de type portique de forme cylindrique, rectangulaire, polygonal, en forme de croissant, ou de type mât, par exemple un pylône en treillis comportant des moyens de liaisons supplémentaires rigides vers la structure 15 secondaire. La base de l'ossature peut reposer, selon les applications, sur un support flottant ou sur un support fixe (support fixé au sol, au fond de la mer ou sur la terre ferme). L'ossature peut être ou non carénée par une bâche externe en forme de convergent de manière à canaliser au mieux le vent vers les éléments de production 20 d'énergie/froid/eau ou en forme de divergent pour faciliter l'évacuation de l'air en aval desdits éléments. Ainsi, un concentrateur 10 et/ou extracteur 12, respectivement en amont et en aval de la structure secondaire, peuvent être formés par une toile tendue. L'ossature constitue un ensemble qui peut être relativement volumineux. L'ossature est formée à partir, par exemple, de tubes en acier galvanisé, inox, en 25 aluminium ou en matériau composite avec la possibilité d'obtenir des formes complexes de faible poids et à moindre coût, par assemblage de profilés. L'ossature comprend de préférence un assemblage de poutre mécano-soudées entre elles. L'ossature peut comprendre des moyens d'haubanage pour augmenter la stabilité de la structure porteuse. Les moyens d'haubanage sont ancrés à un support de la 30 structure porteuse, un tel support étant flottant ou fixé au sol. Les éléments de production d'énergie et/ou de froid et/ou d'eau se situent à l'intérieur des cartouches amovibles situées elles-mêmes à l'intérieur des fourreaux, par exemple métalliques ou en matériau composite.

3037920 18 Les fourreaux sont des enveloppes de forme préférentiellement cylindrique. Ils peuvent également avoir une forme parallélépipédique, ou être profilés en forme de convergent et de divergent local propre à chaque élément de production 5 d'énergie/froid/eau, par exemple propre à chaque turbomachine. Ils sont dans ce cas composés de trois parties successives respectivement de forme convergente, de forme cylindrique et de forme divergente. Les parties de forme convergente et divergente des fourreaux peuvent être formées par une toile tendue afin d'alléger la structure. Les fourreaux sont fixes dans la structure secondaire, dans le sens où une fois montés ils 10 constituent en association avec les éléments de maintien la structure secondaire, et ne sont pas destinés à être retirés de la structure, contrairement aux cartouches amovibles contenant les éléments de production d'énergie/froid/eau, qui peuvent alors être désolidarisés des fourreaux de façon à pouvoir les remplacer rapidement à l'aide d'un dispositif de manutention adapté. Un tel dispositif de manutention, pour mettre en place 15 ou retirer une cartouche, peut être un bras manipulateur situé au-dessus de l'ossature ou un ascenseur intégré à la structure ayant accès aux éléments de production d'énergie/froid/eau au niveau des fourreaux. L'usage de cartouches amovibles permet donc, en cas de panne des éléments de production d'énergie/froid/eau, de pouvoir extraire rapidement les éléments endommagés de la structure sans arrêter ni perturber 20 significativement le fonctionnement du système éolien. Les cartouches amovibles sont des enveloppes formées en un matériau résistant et léger, par exemple en métal ou en un matériau composite, peuvent également présenter différentes formes, de préférence adaptées à celle du fourreau qui les reçoit.

25 Des exemples de réalisation des cartouches et des fourreaux sont illustrés aux figures 6A et 6B et décrits plus bas. Les éléments de maintien, rigides, et/ou semi-rigides, sont par exemple de type suivant : câble, tige, ressort, vérin, articulation, par exemple de type rotule. Ces éléments servent à maintenir et lier entre eux les fourreaux et sont assemblés de manière à former 30 une structure secondaire stable et rigide. De préférence, la structure secondaire comprend au moins des câbles tendus. L'usage de câbles permet de reprendre en traction le poids des turbines de manière flexible. De même, grâce aux courbures réglables en tension des câbles, il est possible d'adapter au mieux l'axe des turbines par rapport à l'axe d'écoulement du vent pour obtenir un meilleur rendement.

3037920 19 Avantageusement, les éléments de maintien peuvent être reliés aux fourreaux ou à l'ossature à l'aide de dispositifs articulés, de manière à conférer une certaine souplesse à la structure secondaire, et éviter par exemple que les liaisons cassent sous l'action du vent ou permettant à la structure secondaire de se déformer sous l'action du vent.

5 Les fourreaux sont soutenus entre eux par les éléments de maintien (câbles, tige, vérins etc) fixés sur l'ossature porteuse. Les fourreaux sont situés au centre de l'ossature qui englobe la structure secondaire, et sont par ailleurs positionnés aux intersections des éléments de maintien de la structure secondaire. La fixation à l'ossature est réalisée avec 10 une partie des éléments de maintien, de préférence ceux situés en périphérie de la structure secondaire. Les fourreaux peuvent être positionnés de manière décalée dans la direction du vent comme représenté sur la figure 1C. Ainsi, en fonction du choix des éléments de maintien et de leur assemblage, la structure secondaire peut prendre différentes formes dans l'espace, par exemple une forme conique, qui serait adaptée à la 15 configuration illustrée à la figure 1C. De façon non exhaustive, la structure secondaire peut avoir une architecture d'assemblage des fourreaux entre eux par les moyens de maintien disposés suivant différents motifs géométriques, par exemple, en croix, nid d'abeille, etc. Les fourreaux et les éléments de maintien forment ainsi un maillage, de préférence régulier, chaque maille 20 étant formée par un sous-ensemble d'éléments de maintien et de fourreaux. Les mailles peuvent être de forme triangulaire, carré, rectangulaire, ou hexagonale, et chaque fourreau est placé au moins aux extrémités des mailles. Des exemples de configurations géométriques sont illustrées aux figures 5A à 5D décrites plus loin. Le choix du motif sera fait par l'homme du métier. Il dépendra de l'encombrement du dispositif, du degré 25 d'ergonomie demandé, etc. Avantageusement, l'espace qui n'est pas occupé par les fourreaux dans la structure secondaire, c'est-à-dire l'espace formé par les surfaces comprises entre les fourreaux et les surfaces comprises entre les fourreaux et l'ossature, peut être obturé par un matériau souple et très léger de manière à ce que le vent ne traverse pas la structure 30 mais soit canalisé dans les fourreaux où se trouvent les éléments de production d'énergie et/ou de froid et/ou d'eau. La structure secondaire peut ainsi comprendre une toile tendue remplissant au moins en partie les espaces formés entre les fourreaux d'une part et entre les fourreaux et l'ossature d'autre part. Cette toile tendue peut comporter des ouïes tarées, c'est-à-dire des ouvertures dans la toile pour laisser passer le vent en cas de forte 3037920 20 rafale. Ces ouïes tarées sont par exemple des découpes dans la toile dont les bords de la fente sont cousus entre eux par un fil souple d'élasticité connue. La toile peut être accrochée à la structure secondaire, notamment aux fourreaux, et à l'ossature, par exemple, à l'aide d'inserts, pouvant être articulés, et maintenue tendue par des ressorts, vérins, treuils ou 5 des tendeurs. La toile est donc par exemple percée de trous pour recevoir la partie amont des fourreaux et peut comprendre dans la partie restante des ouïes tarées telles que décrites. La structure selon l'invention comporte des avantages de plusieurs natures.

10 Avantageusement, la structure porteuse selon l'invention comporte une structure secondaire de type tenségrité, réalisée à partir de câbles, tiges, vérins, ressorts, articulations, toile, etc., ainsi que de matériaux légers et résistants, conduisant à l'allégement de la structure secondaire, ce qui a pour effet de réduire considérable le poids de l'ensemble de la structure porteuse et du système éolien. En effet, la matière est 15 présente uniquement là où les forces agissent. Par rapport à une éolienne classique, la salle machine de notre dispositif récupère par exemple la même énergie annuelle (1,44.1010 Wh) qu'une éolienne classique mais avec une structure moins lourde. L'architecture de la structure porteuse lui confère un centre de gravité plus bas ainsi qu'un plus grand polygone de sustentation qu'une éolienne classique pour un 20 domaine de puissance équivalente, ce qui rend l'ensemble plus stable, notamment en présence de fortes variations de la vitesse du vent. Le système éolien et sa structure porteuse selon l'invention impliquent des reprises de charges plus faibles au niveau du support de la structure porteuse, par exemple du support flottant. Par conséquent, le support flottant pourra être de conception standard, et donc peu onéreux.

25 Les différents modes de réalisation proposés sont faciles à réaliser et la structure porteuse peut par exemple être montée, avec le système éolien, sur un support flottant dans un port maritime et être ensuite remorquée fixée sur son support jusqu'à son site d'exploitation, contrairement à certaines éoliennes classiques qui doivent être montées directement sur leur site d'exploitation.

30 La structure porteuse comportant une multitude de fourreaux dans lesquels viennent se placer des cartouches amovibles contenant les éléments de production d'énergie, et/ou de froid, et/ou d'eau, par exemple des turbomachines, ainsi que l'aspect ergonomique permettent un remplacement rapide et facile de ces éléments en cours de fonctionnement du système éolien. La structure porteuse selon l'invention permet un 3037920 21 fonctionnement en mode « dégradé » du système éolien multi-éléments de production d'énergie, et/ou de froid, et/ou d'eau, même si un ou plusieurs éléments sont en défaut. Le rendement est alors dégradé mais ne sera pas totalement nul comme pour le cas d'une éolienne classique. Le facteur de charge est donc plus élevé qu'une éolienne 5 classique. Par ailleurs, la structure selon l'invention apporte des avantages importants en termes de fiabilité de fonctionnement de par la multiplicité des éléments de production d'énergie, et/ou de froid, et/ou d'eau mis en jeu et de la facilité de maintenance. La fiabilité mécanique est accrue grâce à la simplicité de conception bien maitrisée par 10 l'homme du métier. La hauteur relativement basse de la structure porteuse selon l'invention, son ergonomie ainsi que son caractère architectural modulable présente un avantage pour la maintenance. Contrairement au éolienne classique, il n'y a pas besoin de gros moyens de levage, de type grue flottante, pour les échanges standards des équipements tels que par 15 exemple l'ensemble turbine-génératrice. En effet pour une multi turbine de 5MW, le poids de l'assemblage des turbines est estimé à 80 tonnes. Un dispositif de manutention, par exemple de type ascenseur ou bras manipulateur, intégré à la structure porteuse du système éolien, permet de faciliter la maintenance du système éolien. Ces avantages sont importants, notamment en vue de l'utilisation en mer.

20 Tous ces avantages se répercutent également directement sur le coût du kilowatt/heure mis à disposition sur le réseau électrique, dans le cas d'un système éolien multi turbomachines pour la production d'électricité. Différents modes de réalisation de la structure porteuse et du système éolien 25 sont représentés dans les figures 2 à 6 et décrits ci-dessous, à titre d'exemples non limitatifs de l'invention. Un premier mode de réalisation de la structure porteuse selon l'invention est représenté aux figures 2A et 2B. Selon ce mode de réalisation, l'ossature 1 est de type portique de forme 30 rectangulaire, et délimite une structure secondaire comprenant des fourreaux 3, des éléments de maintien 2 des fourreaux, et une toile 4 remplissant les espaces formés entre les fourreaux 3 et entre les fourreaux 3 et l'ossature 1. L'ossature 1 peut être réalisée à l'aide de poutres mécano-soudées en treillis formant le portique. Sur cette ossature peuvent venir s'ancrer, par l'intermédiaire d'éléments de fixation adaptés, un 3037920 22 concentrateur d'énergie éolienne en forme de convergent en amont du portique, et un extracteur d'air en forme de divergent en aval du portique (non représentés). Le concentrateur convergent et l'extracteur divergent sont par exemple formé par un toile tendue de type bâche. Les éléments de maintien 2 maintiennent en place les fourreaux 3 5 ainsi que la toile 4 remplissant l'espace libre entre les fourreaux. Les fourreaux 3 comprennent des cartouches amovibles contenant des éléments de production d'énergie et/ou de froid et/ou d'eau, par exemple des turbomachines tel qu'illustré. Pour des raisons de stabilité du système éolien et de sa structure porteuse, par exemple lors de conditions de mer agitées dans le cas d'une application offshore, l'ossature 1 peut être haubanée de 1 0 façon à augmenter son polygone de sustentation en tendant des câbles 5 entre une partie de l'ossature et un support flottant 6 pour une application offshore ou un ancrage au sol pour une application offshore posé ou onshore. Ces moyens d'haubanage 5 peuvent être, de façon non limitative, des tiges métalliques rigides, des câbles tendus entre le corps des fourreaux et les différents points 15 d'ancrage sur l'ossature, des tensionneurs, etc. L'éventuel dimensionnement des éléments supportant la bâche constituant respectivement le convergent et le divergent dépend uniquement du poids de la bâche. Le dimensionnement des éléments de maintien des fourreaux dépend de la charge que doit supporter chaque fourreau. Selon ce premier mode de réalisation, les fourreaux 3 et la 20 toile 4 remplissant l'espace libre entre les fourreaux peuvent être maintenus ensemble ou séparément par des éléments de maintien 2 tels que des câbles, des tiges, des ressorts, des vérins ou des articulations, etc. ou un mélange de ces différents éléments selon la souplesse que l'on veut donner à la structure secondaire par rapport à la force du vent. Par exemple, pour une meilleure compréhension de l'invention, si les fourreaux 3 25 et la toile 4 sont maintenus par des câbles, la tension des câbles peut être réalisée à partir de vérins ou de tensionneurs accrochés d'un coté à l'ossature 1 et de l'autre coté au câble. La tension de ces câbles, selon la souplesse et la forme que l'on souhaite donner à la structure secondaire, peut être asservie à des capteurs d'effort placés à des endroits stratégiques de la toile 4.

30 L'accès aux éléments de production d'énergie et/ou de froid et/ou d'eau situées au sein des cartouches amovibles, elles-mêmes situées à l'intérieur des fourreaux 3, peut être réalisé à l'aide du dispositif 7 représenté succinctement sur les figures 2A et 2B. Le dispositif 7 peut être par exemple une nacelle, un ascenseur, un bras manipulateur, etc.

3037920 23 Un second mode de réalisation de la structure porteuse selon l'invention est représenté aux figures 3A et 3B. Selon ce second mode de réalisation, la structure porteuse comprend une ossature maîtresse 1 en forme de croissant. La partie centrale de l'ossature, en forme de 5 cercle, est évidée pour recevoir la structure secondaire, à l'image d'une toile d'araignée, comprenant des fourreaux 3 recevant les cartouches amovibles renfermant les éléments de production d'énergie et/ou de froid et/ou d'eau, par exemple des turbomachines tel que représenté, et des éléments de maintien 2. Ces fourreaux 3 ainsi que la toile 4 remplissant l'espace libre entre les fourreaux sont maintenus à la partie de l'ossature en 1 0 forme de cercle de manière similaire que décrit dans le premier mode de réalisation. L'ossature est également réalisée à l'aide de poutres mécanosoudés légères et résistantes, afin de minimiser son poids. La forme de l'ossature 1 en croissant (arc de cercle) ainsi que sa symétrie verticale font de la structure porteuse une structure solide et résistante vis-à-vis de la force du vent et de la charge appliquée sur la structure. Pour des 15 raisons de stabilité, la structure porteuse peut être haubanée comme décrit dans le premier mode de réalisation. La structure porteuse est fixée sur un support 6 qui peut être flottant ou fixé au sol selon les applications. La structure porteuse peut comprendre un convergent en amont et/ou un 20 divergent en aval, par exemple en toile tendue, tel que décrit pour le premier mode de réalisation. Tout autre type d'ossature peut être envisagée comme par exemple celles maintenant les roues foraines de grande dimension.

25 Un troisième mode de réalisation de la structure porteuse selon l'invention est représenté à la figure 4. Selon de troisième mode de réalisation, la structure porteuse comprend une ossature 1 de type mât, par exemple un pylône en treillis bien connu de l'homme du métier. Les fourreaux 3 supportant les éléments de production d'énergie et/ou de froid 30 et/ou d'eau, par exemple des turbomachines tel que représenté, intégrés dans des cartouches amovibles sont répartis de part et d'autre du pylône et reliés entre eux à l'aide des éléments de maintien 2 similaires à ceux décrits dans les précédents mode de réalisation, pour former la structure secondaire.

3037920 24 La partie supérieure du pylône comprend de deux bras horizontaux alignés sur un même axe et positionnés de part et d'autre du pylône. Ces bras sont maintenus et renforcés à l'aide de tiges ou de câbles 8 reliés à la partie haute du pylône de façon à supporter la charge de la structure secondaire comprenant les fourreaux, les cartouches 5 amovibles avec les turbomachines et leurs accessoires. Dans la direction verticale, les éléments de maintien 2 reliant les fourreaux 3 entre eux sont fixés sur la partie haute de l'ossature 1, par exemple aux bras positionnés perpendiculairement à l'axe du pylône, et dans la partie basse, les éléments de maintien 2 peuvent être fixés soit à une poutre 6 faisant par exemple partie d'un support flottant dans le cadre d'une application offshore 1 0 flottant, soit au sol pour une application offshore posé ou onshore, au moyen par exemple de câbles 9. De manière optionnelle, les éléments de maintien 2 peuvent être fixés dans la partie basse du pylône à des bras 1' similaires à ceux de la partie haute du pylône, et faisant partie intégrante de l'ossature. Dans ce cas, ce sont ces bras inférieurs 1' qui sont 15 soit reliés à la poutre 6, tel que représenté à la figure 4, soit à un support fixé au sol, par exemple au moyen de câbles 9. Les éléments de maintien 2 utilisés aux extrémités des bras sont de préférence des tiges rigides permettant de reprendre en partie les efforts des éléments de la structure secondaire dans la direction horizontale. Une tension contrôlée de ces éléments de 20 maintien 2 dans la direction verticale est nécessaire de façon à assurer la rigidité du système. Dans la direction horizontale, les éléments 2 des extrémités sont fixés d'une part au pylône et d'autre part aux fourreaux 3 situés aux extrémités des bras qui sont reliés entre eux par des éléments rigides. Comme dans les modes de réalisation précédents l'espace libre entre les 25 fourreaux peut être fermé par une toile 4 fixée sur les éléments de maintien 2 maintenant les fourreaux 3 et sur les extrémités de l'ossature 1. Dans ce cas, les éléments 2 reliant les fourreaux 3 à l'extérieur des bras doivent reprendre également les efforts exercés par le vent sur la toile. Comme pour les autres modes de réalisation, il peut être envisagé d'haubaner la 30 structure porteuse : les extrémités des bras de l'ossature 1 peuvent être haubanées sur le support flottant (application offshore) ou sur un support fixé au sol (application onshore ou offshore posé). Un dispositif de maintenance 7, par exemple un bras manipulateur, permet de remplacer les éléments de production d'énergie, et/ou de froid et/ou d'eau défectueux, en 3037920 25 retirant les cartouches amovibles des fourreaux 3, sans arrêter le système éolien multi turbines complet. Selon une configuration alternative, et de manière non limitative, la structure porteuse comporte un pylône 1 monté sur le support 6, et la base du pylône repose sur un 5 plateau pivotant permettant une rotation angulaire comprise entre 0° et 360° et comportant un dispositif de blocage de la rotation du plateau. Les câbles 9, au lieu d'être reliés au support 6, sont reliés à la base du pylône pour permettre à l'ensemble de la structure de s'orienter facilement par rapport à la direction du vent dominant. Comme dans les autres modes de réalisation décrits, la tension des câbles peut être effectuée à 10 l'aide de vérins ou de tensionneurs. Dans l'espace réservé à la capture du vent, les fourreaux 3 recevant les éléments de production d'énergie, et/ou de froid et/ou d'eau, peuvent être répartis spatialement selon différentes configurations, telles que représentées de manière non 15 limitative dans les figures 5A à 5D. Une combinaison de ces configurations est également possible. Les fourreaux et les éléments de maintien forment un maillage, de préférence régulier, chaque maille étant formée par un sous-ensemble d'éléments de maintien et de fourreaux. Les mailles peuvent être de forme triangulaire, carré, rectangulaire, ou 20 hexagonale, et chaque fourreau étant placé au moins aux extrémités des mailles. Dans la configuration de la figure 5A, les fourreaux 3 sont positionnés sur les sommets d'un carré et sont reliés entre eux par les éléments de maintien 2 décrits plus haut, comprenant par exemple par des câbles ou des tiges. Dans la configuration de la figure 5B les fourreaux 3 sont en contact et reliés 25 entre eux par un système d'articulation, par exemple des rotules, ou tout autre dispositif présentant au moins un degré de liberté qui leur confère une certaine mobilité. Dans la configuration de la figure 5C, les fourreaux 3 occupent les sommets d'un carré ainsi que son centre et sont reliés entre eux par des éléments de maintien 2, par exemple comprenant des câbles ou des tiges.

30 Dans la configuration de la figure 5D , les fourreaux 3 se situent sur les sommets d'une structure en forme de nid d'abeille et sont reliés entre eux par des articulations, par exemple des rotules, ou par des éléments de maintien 2 tels que décrits plus haut, comprenant par exemple par des câbles ou des tiges, si les fourreaux son espacés les uns des autres.

3037920 26 Le choix de la configuration spatiale des fourreaux dépend notamment : - des dimensions des éléments de production d'énergie, et/ou de froid et/ou d'eau, par exemple des dimensions des turbomachines à positionner dans la zone prédéfinie de capture du vent (surface constante). Plus le nombre de turbomachines est 5 important (petite dimension) plus les fourreaux devront être rapprochés pour caser toutes les turbomachines dans la surface de capture du vent, - de l'influence aérodynamique d'un élément de production d'énergie, et/ou de froid et/ou d'eau par rapport à l'autre, - de la fréquence d'intervention vis-à-vis de la maintenance. Par exemple, plus le 10 nombre de turbomachines est élevé, plus la probabilité de panne est importante et le choix d'un agencement ergonomique sera réalisé pour faciliter la maintenance. Dans ce cas de figure, les agencements selon les figures 5A et 5C, permettant de conserver un espace entre les fourreaux et prendre en compte l'influence aérodynamique des éléments entre eux, sont privilégiés.

15 Les figures 6A et 6B illustrent deux exemples de réalisation d'un fourreau avec sa cartouche amovible. Les fourreaux 3 peuvent être de forme cylindrique, de forme parallélépipédique, par exemple à section carrée ou rectangulaire. Les fourreaux ont de préférence une forme 20 cylindrique. Les fourreaux 3 peuvent également être chacun équipé d'un convergent en amont et/ou d'un divergent en aval, de préférence constitués de toile, de type bâche, pour alléger le poids du fourreau 3. Alternativement, le fourreau 3 peut également être d'une seule pièce et profilé de manière à faire office de convergent-divergent. Dans ces deux 25 cas le fourreau 3 comprend trois parties successives respectivement de forme convergente, de forme préférentiellement cylindrique et de forme divergente. Le rôle du convergent et du divergent est de faciliter l'écoulement de l'air au travers du fourreau. Les fourreaux sont réalisés en matériau(x) léger(s) et résistant(s). Ils sont équipés sur la surface externe de l'enveloppe de systèmes d'attaches pouvant recevoir 30 les éléments de maintien 2 cités ci-dessus. Un des avantages majeurs de l'invention est de permettre de changer facilement les éléments de production d'énergie, et/ou de froid et/ou d'eau défectueux, par exemple les turbomachines, sans avoir à arrêter tout le système éolien comme dans le cas d'une éolienne classique. Pour cela, les éléments de production d'énergie, et/ou de froid et/ou 3037920 27 d'eau sont montées à l'intérieur d'une cartouche pouvant être introduite ou retirée facilement des fourreaux, par exemple à l'aide d'un bras manipulateur ou tout autre dispositif d'accès au cartouche et de maintenance. Par exemple les turbomachines avec leur équipement de commande et de contrôle sont montés à l'intérieur d'une telle 5 cartouche. La mobilité de la cartouche dans le fourreau peut être réalisée de façon non limitative à partir de glissières positionnées sur les quatre génératrices de la cartouche ou tout autre système réalisant la même fonction. Selon l'exemple de réalisation représenté à la figure 6A, la cartouche métallique ou en matériau composite 3'a épouse la forme intérieure du col du fourreau 3. La 10 cartouche contient dans cet exemple une turbomachine 22 comprenant des pales 22a entrainant par un arbre 22c une machine 22b absorbant l'énergie fournie par les pales 22a. Ces moyens de conversion de l'énergie cinétique du vent en énergie électrique sont fixés sur la paroi interne de la cartouche par des moyens et des techniques bien connus de l'homme du métier. Le diamètre interne de la cartouche est directement lié au 15 dimensionnement de la turbine. La turbine est positionnée dans le col du fourreau 3 qui a une forme de convergent-divergent. La partie convergente et divergente du fourreau est réalisée en toile afin d'alléger le fourreau et au final la structure porteuse. Un dispositif de clip situé en aval de la cartouche permet, à l'aide du bras manipulateur ou tout autres systèmes, d'extraire facilement la cartouche du fourreau.

20 Selon un autre exemple de réalisation représenté à la figure 6B, la cartouche 3'b est réalisée en tôle soudée ou tout autre matériau résistant et léger pouvant prendre la forme d'un convergent-divergent pour faciliter l'écoulement de l'air. La partie extérieure de la cartouche s'introduit dans la partie intérieure du fourreau 3 en forme cette fois-ci de tube droit.

25 La présente invention concerne le système éolien comprenant la structure porteuse telle que décrite plus haut, et un support flottant sur lequel est fixée la structure porteuse pour une utilisation du système éolien en milieu marin. Alternativement, le système éolien selon l'invention comprend la structure 30 porteuse et un support ancré au sol sur lequel est fixée ladite structure, pour une utilisation dudit système en milieu marin peu profond ou en milieu terrestre.

Claims (15)

1. REVENDICATIONS1. Structure porteuse d'un système éolien comportant une pluralité d'éléments de production d'énergie, et/ou de froid et/ou d'eau, ladite structure comprenant : - une ossature (1) délimitant une structure secondaire ; - ladite structure secondaire comprenant : o des fourreaux (3) aptes à recevoir des cartouches amovibles, lesdites cartouches amovibles comprenant lesdits éléments de production d'énergie, et/ou de froid et/ou d'eau ; o un ensemble d'éléments de maintien (2) pour maintenir lesdits fourreaux (3) , lesdits éléments de maintien (2) étant assemblés de manière à assurer une stabilité de ladite structure secondaire, ledit ensemble d'éléments de maintien (2) étant fixé à ladite ossature (1).
2. 2. Structure selon la revendication 1, dans laquelle la structure secondaire comprend une toile tendue (4) remplissant au moins en partie les espaces formés entre lesdits fourreaux (3) d'une part et entre lesdits fourreaux (3) et l'ossature (1) d'autre part, ladite toile (4) comprenant de préférence des ouïes tarées.
3. 3. Structure selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle lesdits fourreaux (3) sont des enveloppes de forme cylindrique, de forme parallélépipédique ou sont composées de trois parties successives (3a,3b,3c) respectivement de forme convergente, de forme cylindrique et de forme divergente.
4. 4. Structure selon la revendication 3, dans laquelle les parties de forme convergente (3a) et divergente (3c) desdits fourreaux (3) sont formées par une toile tendue.
5. 5. Structure selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle lesdites 30 cartouches amovibles (3'a, 3'b) comprennent des turbomachines (22).
6. 6. Structure selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle lesdites cartouches amovibles comprennent des éléments de production de froid et/ou d'eau, chacun desdits éléments de production de froid et/ou d'eau comportant au moins un col 35 de Venturi. 3037920 29
7. 7. Structure selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle lesdits éléments de maintien (2) de la structure secondaire comprennent un ou plusieurs des éléments de type suivant : câble, tige, ressort, vérin, articulation telle qu'une rotule, et 5 comprennent de préférence au moins des câbles tendus.
8. 8. Structure selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les fourreaux (3) et les éléments de maintien (2) forment un maillage, de préférence régulier, chaque maille étant formée par un sous-ensemble d'éléments de maintien et de fourreaux, 10 lesdites mailles étant de forme triangulaire, carré, rectangulaire, ou hexagonale, et chaque fourreau (3) étant placé au moins aux extrémités desdites mailles.
9. 9. Structure selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre : - un concentrateur d'énergie éolienne en forme de convergent (10) fixé à l'ossature (1) et 15 placé en amont de l'ensemble des éléments de production d'énergie, et/ou de froid et/ou d'eau ; et/ou - un extracteur d'air en forme de divergent (12) fixé à l'ossature (1) et placé en aval de l'ensemble des éléments de production d'énergie, et/ou de froid et/ou d'eau ; ledit concentrateur (10) et/ou ledit extracteur (12) étant de préférence formés en partie par 20 une toile tendue.
10. 10. Structure selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'ossature (1) est de type portique de forme rectangulaire, de forme polygonale, de forme cylindrique, en forme de croissant, ou de type mât tel qu'un pylône en treillis. 25
11. 11. Structure selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'ossature (1) comprend un assemblage de poutres mécano-soudées entre elles.
12. 12. Structure selon l'une des revendications précédentes, comprenant des moyens 30 d'haubanage (5) pour augmenter la stabilité de ladite structure, lesdits moyens d'haubanage (5) étant ancrés à un support (6) de ladite structure, ledit support (6) étant flottant ou fixé au sol. 3037920
13. 13. Structure selon l'une des revendications précédentes, comprenant des moyens de manutention (7) pour mettre en place ou retirer les cartouches amovibles des fourreaux (3). 5
14. 14. Système éolien comportant une pluralité d'éléments de production de d'énergie, et/ou de froid et/ou d'eau, comprenant une structure porteuse selon l'une quelconque des revendications précédentes, et un support flottant (6) sur lequel est fixée ladite structure porteuse pour une utilisation dudit système en milieu marin. 10
15. 15. Système éolien comportant une pluralité d'éléments de production de d'énergie, et/ou de froid et/ou d'eau, comprenant une structure porteuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, et un support fixé au sol (6) sur lequel est fixée ladite structure porteuse pour une utilisation dudit système en milieu marin peu profond ou en milieu terrestre. 15