FR3102492A1 - Dispositif pour l’atténuation d’une onde de gravité océanique - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un dispositif (1) pour l’atténuation d’une onde de gravité océanique, installé en milieu marin et comprenant,- au moins un organe mobile (6) en rotation autour d’un axe (A), apte à être déplacé en rotation et de façon alternative dans deux sens de rotation opposés, sous l’effet de ladite onde de gravité,- des moyens d’atténuation (20) aptes à freiner la rotation de l’organe mobile (6) autour de son axe (A),- au moins un organe poreux (16) située en aval dudit organe mobile (6) par rapport à la direction générale de propagation (D) de l’onde de gravité, ledit organe poreux (16) autorisant la circulation d’eau de mer au travers dudit organe poreux (16). Figure à publier avec l’abrégé : Figure 1.

Description

Dispositif pour l’atténuation d’une onde de gravité océanique
Domaine technique de l’invention
L’invention concerne un dispositif pour l’atténuation d’une onde de gravité océanique, installé en milieu marin.
Etat de la technique antérieure
En mécanique des fluides, on désigne par onde de gravité une onde se déplaçant sur la surface libre d'un fluide soumis à la gravité. En milieu marin, les vagues ou la houle constituent des exemples d'ondes de gravité.
La bande littoral est un espace fortement urbanisé et présente de nombreux aménagements pour satisfaire aux besoins des activités socio-économiques liées à l’urbanisation. En parallèle, le réchauffement climatique implique une amplification et une multiplication des phénomènes météo extrêmes qui érodent le littoral et endommagent les aménagements s’y trouvant, notamment au niveau des zones portuaires.
De nombreux ouvrages sont conçus pour assurer une protection contre la houle, tels que les brise-lames et les digues. La réalisation de tels ouvrages massifs est coûteuse. Elle nécessite en outre la neutralisation des zones portuaires concernées pour de longues durées et modifie l’aspect paysager du littoral.
Les documents FR 2 731 725 et GB 992 216 divulguent des structures poreuses en caisson permettant de dissiper ou d’atténuer la houle.
Il est par ailleurs connu d’utiliser un dispositif comportant un volet mobile en rotation autour d’un axe et immergé au moins en partie, le volet étant déplacé par le mouvement de la houle. L’énergie cinétique transmise au volet est transformée en énergie électrique par l’intermédiaire d’un générateur.
De tels dispositifs de conversion d’énergie sont notamment connus des documents EP 3 175 111, EP 1 861 618, EP 2 817 509, US 9 902 467 et US 10 132 289.
L’invention vise à proposer un dispositif permettant d’atténuer une onde de gravité océanique avec une efficacité accrue par rapport aux dispositifs de l’art antérieur et pouvant être installé en milieu marin, notamment au niveau d’une zone portuaire, ou plus généralement du littoral, de façon simple et peu onéreuse.
Présentation de l’invention
A cet effet l’invention concerne un dispositif pour l’atténuation d’une onde de gravité océanique, installé en milieu marin et comprenant,
- au moins un organe mobile en rotation autour d’un axe, apte à être déplacé en rotation et de façon alternative dans deux sens de rotation opposés, sous l’effet de ladite onde de gravité,
- des moyens d’atténuation aptes à freiner la rotation de l’organe mobile autour de son axe,
- au moins un organe d’amortissement situé en aval dudit organe mobile par rapport à la direction générale de propagation de l’onde de gravité.
Les moyens d’atténuation permettent d’atténuer l’onde de gravité, en particulier la houle, au contact de l’organe mobile. L’organe d’amortissement permet encore d’améliorer l’atténuation en aval de l’organe mobile. Il a en particulier été constaté que la présence d’un organe d’amortissement permet, dans certains cas qui sont notamment fonction de la forme et des dimensions dudit organe d’amortissement, de réduire par un facteur supérieur à 2, l’amplitude de l’onde de gravité océanique en aval du dispositif, par comparaison à un même dispositif dépourvu de l’organe d’amortissement.
L’organe d’amortissement peut se présenter sous la forme d’au moins une paroi.
Ladite paroi peut également être appelée plage d’amortissement.
Une telle paroi peut s’étendre selon une première dimension formant sa longueur, selon une seconde dimension formant sa largeur et une troisième dimension formant son épaisseur. La longueur de la paroi est supérieure ou égale à la largeur de la paroi. L’épaisseur de la paroi est inférieure à la longueur de la paroi et à la largeur de la paroi, par exemple au moins 20 fois inférieure à ladite longueur ou à ladite largeur.
La paroi peut présenter une forme générale plane, concave, convexe, ou en S c’est-à-dire présentant un point d’inflexion. Dans le cas où la paroi n’est pas plane, la longueur et la largeur de la paroi sont les plus grandes dimensions de ladite paroi lorsqu’elle est développée sur un plan. L’épaisseur de la paroi est la dimension perpendiculaire audit plan.
L’organe d’amortissement peut être poreux et peut autoriser la circulation d’eau de mer au travers dudit organe d’amortissement.
Les pores peuvent être formés par des ouvertures ou des trous, ou par tout autre type de pores permettant la circulation d’eau de mer au travers de l’organe d’amortissement. La dimension des pores est par exemple comprise entre 10 cm et 50 cm.
Chaque ouverture peut présenter une section circulaire ou ovale, ou une section polygonale, par exemple rectangulaire. Bien entendu, tout type de forme peut être envisagé.
L’organe d’amortissement poreux peut comporter un ensemble d’ouvertures réparties de façon régulière ou irrégulière le long de la paroi, lesdites ouvertures permettant le passage de l’eau au travers de la paroi.
L’organe d’amortissement peut être non poreux et être ainsi dépourvu d’ouvertures traversant ledit organe d’amortissement.
L’organe mobile peut être un volet.
Le volet peut s’étendre dans un plan oscillant autour d’un plan médian sensiblement vertical.
L’axe de rotation peut être horizontal.
L’axe de rotation peut être situé au niveau de l’extrémité supérieure de l’organe mobile.
En variante, l’axe de rotation peut être situé au niveau de l’extrémité inférieure de l’organe mobile.
Selon encore une autre variante, l’axe de rotation peut être vertical. Dans ce cas, l’axe de rotation peut être situé ou au niveau d’une extrémité latérale de l’organe mobile.
L’extrémité supérieure de l’organe mobile peut être située au-dessus d’un niveau maximal déterminé de la surface de l’eau.
Le niveau maximal peut être calculé en fonction du niveau de la plus haute marée dans la zone géographique où est installé le dispositif et d’un niveau d’amplitude déterminé de la houle. En d’autres termes, ledit niveau maximal peut être déterminé de façon à ce que, en cas de marée haute et de houle importante, l’extrémité supérieure de l’organe mobile soit située au-dessus de la surface de l’eau. Bien entendu, en cas de tempête exceptionnelle, l’eau peut passer au-dessus de l’extrémité supérieure de l’organe mobile.
L’extrémité supérieure de l’organe d’amortissement peut être située au-dessus dudit niveau maximal déterminé de la surface de l’eau.
L’extrémité inférieure de l’organe mobile peut être située à une distance comprise entre 0,5 et 2 mètres d’un fond marin ou d’une surface artificielle.
De cette manière, un flux marin peut circuler sous l’organe mobile, de façon à chasser notamment les sédiments et/ou le sable et éviter ainsi leur accumulation sur le fond marin ou sur la surface artificielle. Une telle accumulation peut notamment provoquer un blocage ou un disfonctionnement de l’organe mobile et nécessiter des opérations de dragage coûteuses.
Le flux marin peut être un flux naturel et/ou être provoqué par le mouvement alternatif de l’organe mobile venant créer des perturbations locales provoquant un effet de chasse.
La surface artificielle peut être formée par exemple par un bâti sur lequel est monté l’organe mobile. L’organe d’amortissement peut être fixé au bâti.
L’extrémité inférieure de l’organe d’amortissement peut être située à une distance comprise entre 1 et 5 mètres d’un fond marin ou d’une surface artificielle.
Le dispositif peut comporter plusieurs parois adjacentes. Les parois peuvent être situées l’une au-dessus de l’autre et/ou décalées les unes des autres par rapport à la direction de propagation de l’onde de gravité.
L’organe d’amortissement peut présenter une extrémité inférieure située à proximité de l’organe mobile et une extrémité supérieure située à l’opposé de l’organe mobile.
L’axe de rotation de l’organe mobile peut être solidaire d’un bâti fixé à un sol naturel ou fond marin, ou d’un bâti flottant ou immergé ancré audit sol naturel.
Le bâti peut comporter un radier fixé au sol naturel ou fond marin, et des mats ou montants s’étendent vers le haut depuis le radier, l’axe de rotation étant solidaire des montants ou des mats.
Le bâti flottant ou immergé peut être formé par un navire ou une barge aménagée pour recevoir le dispositif.
Les moyens d’atténuation peuvent comporter un générateur électrique apte à transformer le mouvement de rotation de l’organe mobile autour de son axe en énergie électrique.
Le générateur électrique est ainsi apte à générer un couple résistant tendant à freiner le déplacement en rotation de l’organe mobile, quel que soit le sens de rotation de l’organe mobile.
L’organe mobile participe ainsi à la fois à la fonction d’atténuation de l’onde de gravité et à la fonction de conversion d’énergie.
Il a été constaté que la présence d’un organe d’amortissement en aval de l’organe mobile peut, en fonction notamment de la forme dudit organe d’amortissement et du couple résistant crée, générer un phénomène plus ou moins important de résonance favorisant la récupération d’énergie à l’aide du générateur électrique.
Le générateur peut être du type hydraulique et/ou électrique. Dans ce cas, la rotation de l’organe mobile entraîne le déplacement en translation d’un piston relié à une vanne de régulation qui régule le flux de fluide hydraulique déplacé par le piston vers des réservoirs haute pression et basse pression, générant un flux entraînant une génératrice par différence de pression.
Un générateur hydroélectrique est notamment connu du document US 4 490 621.
En variante, le dispositif peut être dépourvu de générateur électrique, les moyens d’atténuation comportant au moins un organe élastique apte à exercer un couple résistant tendant à s’opposer au déplacement de l’organe mobile, quel que soit le sens de rotation de l’organe mobile.
Le dispositif peut comporter des moyens de régulation aptes à réguler la puissance électrique ou la tension générée par le générateur électrique en fonction de l’énergie cinétique transmise à l’organe mobile par l’onde de gravité. Les moyens de régulation peuvent être apte à réguler le couple résistant s’opposant au déplacement de l’organe mobile.
Le dispositif peut comporter des moyens de réglage de la position verticale de l’extrémité supérieure de l’organe mobile.
Lesdits moyens de réglage peuvent être aptes à régler la position verticale de l’axe de rotation.
Le dispositif peut comporter plusieurs organes mobiles dont les axes de rotation sont parallèles et décalés verticalement les uns par rapport aux autres.
Brève description des figures
est une vue schématique d’un dispositif selon une première forme de réalisation de l’invention,
est une vue de face du dispositif,
est une vue de dessus du dispositif,
est une vue schématique du dispositif illustrant en particulier les moyens permettant la conversion d’énergie,
est une vue de face d’un dispositif selon une deuxième forme de réalisation de l’invention,
est une vue de dessus du dispositif,
est une vue de côté du dispositif,
est une vue schématique d’un dispositif selon une troisième forme de réalisation,
,
,
,
,
,
,
,
,
, et
illustrent différentes variantes de réalisation de la paroi poreuse,
est une vue schématique en perspective d’un ensemble de dispositifs adjacents,
est une vue est une de détail et de dessus d’une partie de l’ensemble de la figure 19,
est une vue schématique d’un ensemble de dispositifs selon l’invention, montés sur un bâti immergé et ancré au sol,
est une vue de dessus de l’installation illustrée à la figure 21.
Description détaillée de l’invention
Les figures 1 à 4 illustrent un dispositif 1 pour l’atténuation d’une onde de gravité océanique, par exemple la houle, selon une forme de réalisation de l’invention. Le dispositif 1 est installé en milieu marin, près du littoral, par exemple au niveau d’une zone portuaire.
Le dispositif comporte un bâti 2 comportant une base 3 formée par exemple par un radier, et des montants 4 s’étendant verticalement depuis la base 3. La base 3 est fixée à un sol naturel formé par un fond marin.
Les montants 4 supportent un volet 6 mobile en rotation autour d’un arbre 7 dont les extrémités sont reliées aux montants 4. L’arbre 7 s’étend suivant un axe A horizontal. L’arbre 7 est situé au niveau de l’extrémité supérieure du volet 6. Le volet 6 peut ainsi être déplacé en rotation sous l’effet de la houle, de part et d’autre d’un plan médian vertical.
Le volet 6 est positionné verticalement de sorte que l’extrémité supérieure du volet 6 est située au-dessus d’un niveau maximal déterminé de la surface de l’eau.
Le niveau maximal peut être calculé en fonction du niveau de la plus haute marée dans la zone géographique où est installé le dispositif 1 et d’un niveau d’amplitude déterminé de la houle. En d’autres termes, ledit niveau maximal peut être déterminé de façon à ce que, en cas de marée haute et de houle importante, l’extrémité supérieure du volet 6 soit située au-dessus de la surface de l’eau. Bien entendu, en cas de tempête exceptionnelle, l’eau et les embruns peuvent passer au-dessus de l’extrémité supérieure du volet 6.
Par ailleurs, l’extrémité inférieure 8 du volet 6 est située à une distance d (figure 2) comprise entre 0,5 et 2 mètres du fond marin ou de la base 3.
De cette manière, un flux marin peut circuler sous le volet 6, de façon à chasser notamment les sédiments et/ou le sable et éviter ainsi leur accumulation sur le fond marin ou sur la base 3. Le flux marin peut être un flux naturel et/ou être provoqué par le mouvement alternatif du volet 6 venant créer des perturbations locales provoquant un effet de chasse.
Le dispositif 1 comporte par ailleurs des moyens 20 d’atténuation de la houle aptes à freiner la rotation du volet 6 autour de son axe A.
Comme illustré à la figure 4, les moyens d’atténuation 20 comportent un piston 9 entraîné en rotation par la rotation du volet 6, par exemple par l’intermédiaire d’une bielle 10, le piston 9 étant associé à une vanne de régulation 10 qui régule le flux de fluide hydraulique déplacé par le piston vers des réservoirs haute pression et basse pression 11, 12, générant un flux entraînant une génératrice hydroélectrique 13 par différence de pression. Le courant électrique produit par la génératrice est ensuite envoyé vers un réseau électrique 14.
L’actionnement du piston 9 et de la génératrice 13 entraîne un couple résistant au niveau de l’arbre 7 de manière à freiner le déplacement en rotation du volet 6.
Le dispositif 1 comporte en outre des moyens de régulation 15 aptes à réguler la puissance électrique ou la tension générée par la génératrice 13 en fonction de l’énergie cinétique transmise au volet 6 par l’onde de gravité. Les moyens de régulation 15 peuvent être aptes à réguler le couple résistant s’opposant au déplacement du volet, par l’intermédiaire de la vanne 10, de façon à freiner le volet, quel que soit le sens de rotation du volet 6.
Le volet 6 participe ainsi à la fois à la fonction d’atténuation de l’onde de gravité et à la fonction de conversion d’énergie.
Le dispositif 1 comporte par ailleurs un organe poreux se présentant sous la forme d’une paroi poreuse 16 et situé en aval du volet 6 par rapport à la direction générale de propagation de l’onde de gravité, illustrée aux figures par la flèche D. La paroi poreuse 16 comporte des ouvertures 17 autorisant la circulation d’eau de mer au travers de ladite paroi poreuse 16.
Chaque ouverture 17 peut présenter une section circulaire ou ovale, ou une section polygonale, par exemple rectangulaire. Bien entendu, tout type de forme peut être envisagée.
La paroi poreuse 16 est fixée au bâti 2 et présente ici une forme générale en S présentant une zone d’inflexion. La paroi 16 comporte une extrémité inférieure 18 située à proximité du volet 6 et une extrémité supérieure 19 située à l’opposé du volet 6.
L’extrémité supérieure 19 de la paroi poreuse 16 est située au-dessus dudit niveau maximal déterminé de la surface de l’eau.
L’extrémité inférieure 18 de la paroi poreuse 16 est située à une distance comprise entre 1 et 5 mètres du fond marin ou de la base 3.
La paroi poreuse 16 permet encore d’améliorer l’atténuation de la houle en aval du volet 6.
Les figures 5 à 7 illustrent une forme de réalisation qui diffère de celle exposée précédemment en ce que le dispositif 1 comporte plusieurs volets mobiles 6 décalés verticalement les uns par rapport aux autres, dont les axes A de rotation sont parallèles et décalés verticalement les uns par rapport aux autres. Les axes A de rotation sont ici situés sur un même plan vertical.
Chaque volet 6 peut être associé à des moyens d’atténuation 20 du type précité.
La figure 8 illustre une troisième forme de réalisation, qui diffère de celle exposée en référence aux figures 1 à 4 en ce que le dispositif 1 comporte plusieurs parois poreuses 16 adjacentes. Les parois 16 sont ici situées l’une au-dessus de l’autre. Les extrémités amont inférieures 18 des parois poreuses 16 sont situées au niveau d’une même zone tandis les extrémités aval supérieures 19 des parois 16 sont décalées verticalement et sont ici situées sur un même plan vertical.
Une telle forme de réalisation permet d’améliorer encore l’atténuation de la houle en aval des parois poreuses 16.
Les figures 9 à 16 illustrent différentes formes de réalisation des parois poreuses 16.
La figure 9 illustre une paroi poreuse 16 de forme générale en S, similaire à celle des figures précédentes.
La figure 10 illustre une paroi poreuse 16 plane oblique, présentant une extrémité amont inférieure 18 et une extrémité aval supérieure 19.
La figure 11 illustre une paroi poreuse 16 convexe dont la convexité est tournée vers le haut.
La figure 12 illustre une paroi poreuse 16 concave dont la concavité est tournée vers le haut.
La figure 13 illustre une paroi poreuse 16 concave dont la concavité est tournée vers l’amont.
La figure 14 illustre une forme de réalisation comportant plusieurs parois poreuses 16 convexes superposées, écartés verticalement l’une de l’autre. Les convexités des parois 16 sont tournées vers le haut.
La figure 15 illustre une forme de réalisation comportant plusieurs parois poreuses 16 concaves superposées, écartés verticalement l’une de l’autre. Les concavités des parois 16 sont tournées vers le haut.
La figure 16 illustre une forme de réalisation comportant une paroi poreuse 16 supérieure convexe dont la convexité est tournée vers le haut et une paroi poreuse 16 inférieure concave, dont la concavité est tournée vers le haut, lesdites parois étant reliées par leurs bords amonts inférieurs18, d’une part, et par leurs bords aval supérieurs 19, d’autre part.
La figure 17 illustre une forme de réalisation comportant au moins deux ensembles de parois poreuses 16, à savoir un ensemble supérieur 25 et un ensemble inférieur 26.
L’ensemble supérieur 25 comporte une paroi poreuse 16 supérieure convexe dont la convexité est tournée vers le haut et une paroi poreuse 16 inférieure concave, dont la concavité est tournée vers le haut, lesdites parois étant reliées par leurs bords amonts inférieurs18, d’une part, et par leurs bords aval supérieurs 19, d’autre part.
L’ensemble inférieur 26 comporte une paroi poreuse 16 supérieure convexe dont la convexité est tournée vers le haut et une paroi poreuse 16 inférieure concave, dont la concavité est tournée vers le haut, lesdites parois étant reliées par leurs bords amonts supérieurs, d’une part, et par leurs bords aval inférieurs 19, d’autre part.
Bien entendu, le nombre d’ensemble 25, 26 peut varier en fonction des besoins.
La figure 16 illustre une forme de réalisation comportant plusieurs paroi poreuses 16 verticales écartées les unes des autres dans la direction de propagation de la houle.
Les figures 19 et 20 illustrent une forme de réalisation dans laquelle plusieurs dispositifs 1 sont disposés de façon adjacente et sur une même rangée. Bien entendu, plusieurs dispositifs 1 peuvent également être agencés sur plusieurs rangées différentes, par exemple en quinconce.
Dans la forme de réalisation, les bords amont 21 des montants 4 sont profilés de manière à réduire l’effort exercé par la houle ou les courants sur lesdits montants 4.
Les figures 21 et 22 illustre une forme de réalisation dans laquelle le bâti 2 est flottant et est maintenu immergé par ancrage 22 au fond marin 23 de façon à ce que l’extrémité supérieure du volet 6 de chaque dispositif 1 soit maintenu au-dessus du niveau maximal déterminé de l’eau.
L’ancrage 22 peut être réalisé par l’intermédiaire de câbles par exemple. Le bâti 2 peut être formé par un navire ou une barge aménagée pour recevoir au moins dispositif 1.
Celui-ci comporte alors une surface de base 24 à partir de laquelle des montants 4 s’étendent verticalement vers le haut. Les parois poreuses 16 sont formées par des parois verticales dont les ouvertures 17 sont ménagées en partie basse desdites parois verticales 16. Les parois verticales 16 peuvent être pré-existantes sur le navire ou la barge 3, les ouvertures 17 étant réalisées lors de l’aménagement du navire ou de la barge 3.
Comme précédemment, une distance d comprise entre 0,5 et 2 mètres est maintenue entre la surface de base 24 et l’extrémité inférieure 8 de chaque volet 6.
Comme illustré à la figure 22, plusieurs volets 6 peuvent être montés en ligne et de façon adjacente sur un même bâti 3 flottant, les axes A de rotation des volets 6 étant coaxiaux.

Claims (12)

  1. Dispositif (1) pour l’atténuation d’une onde de gravité océanique, installé en milieu marin et comprenant :
    - au moins un organe mobile (6) en rotation autour d’un axe (A), apte à être déplacé en rotation et de façon alternative dans deux sens de rotation opposés, sous l’effet de ladite onde de gravité,
    - des moyens d’atténuation (20) aptes à freiner la rotation de l’organe mobile (6) autour de son axe (A),
    - au moins un organe d’amortissement (16) situé en aval dudit organe mobile (6) par rapport à la direction générale de propagation (D) de l’onde de gravité.
  2. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’organe d’amortissement (16) se présente sous la forme d’au moins une paroi.
  3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l’organe d’amortissement est poreux et autorise la circulation d’eau de mer au travers dudit organe d’amortissement (16).
  4. Dispositif (1) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l’organe mobile (6) est un volet.
  5. Dispositif (1) selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l’axe (A) de rotation est horizontal.
  6. Dispositif (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que l’axe (A) de rotation est situé au niveau de l’extrémité supérieure de l’organe mobile (6).
  7. Dispositif (1) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l’extrémité supérieure de l’organe mobile (6) est située au-dessus d’un niveau maximal déterminé de la surface de l’eau.
  8. Dispositif (1) selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l’extrémité inférieure (8) de l’organe mobile (6) est située à une distance comprise entre 0,5 m et 2 m d’un fond marin (23) ou d’une surface artificielle (3).
  9. Dispositif (1) selon l’une des revendication 1 à 8, caractérisé en ce que l’axe (A) de rotation de l’organe mobile (6) est solidaire d’un bâti (3) fixé à un sol naturel ou fond marin, ou d’un bâti (3) flottant ou immergé ancré audit sol naturel (23).
  10. Dispositif (1) selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens d’atténuation (20) comportent un générateur électrique (13) apte à transformer le mouvement de rotation de l’organe mobile (6) autour de son axe (A) en énergie électrique.
  11. Dispositif (1) selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens de réglage de la position verticale de l’extrémité supérieure de l’organe mobile (6).
  12. Dispositif (1) selon l’une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu’il comporte plusieurs organes mobiles (6) dont les axes (A) de rotation sont parallèles et décalés verticalement les uns par rapport aux autres.
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