La présente invention concerne un dispositif destiné à créer des vagues dans un liquide, en particulier lorsque ce liquide est contenu dans un bassin ou une piscine. De tels dispositifs sont utilisés par exemple dans les piscines de parcs d'attraction, mais également dans les bassins d'essais de constructions navales et hydrauliques.
L'invention concerne également une méthode de création de vagues exploitant le dit dispositif.
On connaît, par le brevet US 3,789,612, une méthode de génération de vagues dans un volume d'eau.
Dans une des variantes de cette méthode, on utilise un plongeur massif, auquel on applique un mouvement de va-et-vient vertical, afin de créer des vagues. Le plongeur requiert des moyens mécaniques importants pour le mouvoir et le guider.
Dans une autre variante de cette méthode, on utilise un réservoir à fond ouvert. Lorsque l'on soulève ce réservoir au-dessus de la surface de l'eau, le volume d'eau qu'il contient s'échappe brusquement, créant ainsi une perturbation. Ce système permet de créer une vague, mais pas un système de vagues entretenues.
On connaît par la demande internationale WO 91/14062 un système générateur de mouvements dans un liquide, en particulier à la surface de celui-ci. Ce système comprend un dispositif comportant deux corps dont l'un se déplace par rapport à l'autre. Ce déplacement relatif crée des forces d'inertie qui provoquent un déplacement de l'ensemble dans le liquide. Ce déplacement crée des excitations dans le liquide qui se transforment en vagues. Dans une forme d'exécution de ce système, l'un des corps est une sphère creuse à l'intérieur de laquelle se déplace le second corps. Un tel système permet effectivement de créer des vagues à la surface d'un liquide. Il présente cependant de nombreux inconvénients.
Tant dans la forme d'exécution où le dispositif est une sphère que dans d'autres formes d'exécution, la stabilité verticale du dispositif n'est pas satisfaisante. En particulier, celui-ci peut se renverser lorsque la masse mobile est en position haute par rapport à la coque.
Les forces d'inertie étant proportionnelles à la masse en mouvement, la masse du dispositif doit être importante pour créer des vaques appréciables. Le poids du dispositif rend la manipulation de celui-ci difficile. De plus, les organes destinés à provoquer le mouvement relatif des deux corps doivent être dimensionnés pour pouvoir déplacer ces masses importantes, ce qui a une incidence sur leur coût.
Lorsque un corps mobile est animé d'un mouvement harmonique d'amplitude fixe, par exemple lorsque celui ci est réalisé au moyen d'un système bielle-manivelle, la force d'inertie engendrée est proportionnelle à la masse, et au carré de la fréquence du mouvement. Il n'est donc pas possible de régler cette force d'excitation indépendamment de la fréquence, ou inversement, il n'est pas possible de faire varier la fréquence sans modifier la force d'excitation. Au démarrage, il est impossible de faire croître la force d'excitation progressivement avant d'atteindre un état de régime.
Les organes destinés à provoquer le mouvement relatif font partie intégrante du dispositif. A ce titre, ils sont soumis aux conditions d'environnement du liquide, et sont susceptibles d'être endommagés par le moindre défaut d'étanchéité de leur boîtier. De plus, ils sont difficilement accessibles pour leur entretien.
Dans une forme de réalisation. de ce dispositif, l'énergie nécessaire à la mise en mouvement des corps du dispositif doit être transférée à celui-ci, par exemple au moyen d'un câble électrique. Ce câble est entraîné par les mouvements répétés du dispositif. Il est susceptible de s'user ou de se rompre, et présente donc un danger. De plus, la présence de ce câble dans le liquide constitue une gêne.
Dans une autre forme de réalisation de ce dispositif, l'énergie nécessaire à la mise en mouvement des corps du dispositif est stockée au sein même du dispositif, par exemple sous forme d'énergie électrique, dans une batterie, ou d'énergie de pression, dans un réservoir. Dans ce cas, la nécessité de recharger périodiquement le dispositif est un inconvénient dans son exploitation.
On connaît également, par exemple par EP 0 236 653, ou EP 0 732 468, des générateurs de vagues basés sur des principes divers, mais nécessitant tous une adaptation importante du bassin. Ces dispositifs ne sont donc pas adaptés à la génération de vagues dans des piscines existantes.
La présente invention a précisément pour but de fournir un dispositif qui ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. Elle a pour but de fournir un dispositif de génération de vagues dans un liquide qui soit aisé à mettre en oeuvre et à exploiter, qui consomme peu d'énergie, dont les organes mis en présence du liquide résistent bien à l'environnement dans lequel ils sont placés, qui puisse être mis en service dans un bassin existant sans nécessiter de modifications de l'infrastructure, et qui puisse être aisément enlevé pour laisser le bassin dans son état original.
L'invention porte sur Un dispositif de création de vagues périodiques dans un liquide contenu dans un bassin tel qu'une piscine, comprenant un corps destiné à être immergé au moins partiellement dans le liquide ou à la surface de celui-ci et des organes destinés à provoquer un mouvement alternatif vertical de ce corps, le corps étant une coque creuse comprenant un fond horizontal et des parois latérales en substance verticales et étant destinée à être remplie au moins partiellement du dit liquide, caractérisé en ce que la dite coque est destinée à être suspendue par un moyen de liaison flexible à un moyen apte à exécuter périodiquement l'action de soulever verticalement la dite coque pendant une durée donnée puis de la laisser redescendre pour engendrer les dites vagues périodiques, la dite coque étant destinée à rester au moins partiellement immergée dans le liquide et remplie du liquide au cours de ces mouvements alternatifs, lesdits moyens constituant lesdits organes du dispositif.
Le principe de l'invention est de transférer de l'énergie au liquide en phase avec l'énergie cinétique propre de la vague.
La coque comprend un fond horizontal et des parois latérales en substance verticale. On favorise ainsi les mouvements verticaux de l'eau au voisinage de la coque.
Afin que la coque se remplisse d'eau lorsqu'elle est placée dans l'eau, un simple trou peut être prévu à la partie inférieure de la coque. La coque peut comprendre un élément de flottaison.
Dans une forme d'exécution de la coque du dispositif suivant l'invention, celle-ci comprend un fond muni d'une pluralité de trous. Ces trous sont avantageusement aptes à favoriser la pénétration du liquide dans la coque, et à en défavoriser la sortie.
Dans une autre forme d'exécution, la coque comprend une partie supérieure en forme de cloche, munie d'au moins une ouverture de passage de l'air. Ce ou ces ouvertures de passage de l'air sont avantageusement aptes à favoriser la sortie de l'air situé à la partie supérieure de la coque, et à en défavoriser l'entrée.
On peut également réaliser une coque comportant les caractéristiques des deux formes de réalisation précitées.
Le moyen apte à appliquer périodiquement une force orientée vers le haut comporte préférentiellement un treuil destiné à enrouler et a dérouler le moyen de liaison. Ce treuil comporte préférentiellement un boîtier de régulation apte à régler la période d'enroulement et de déroulement du dit treuil et le couple moteur de celui-ci.
L'invention porte encore sur un procédé de création de vagues périodiques au moyen du dispositif décrit ci-dessus dans lequel on suspend la coque en un point du bassin par le moyen dé liaison flexible, la dite coque étant au moins partiellement immergée dans le liquide et remplie de ce liquide, on exécute périodiquement l'action de soulever la dite coque pendant une durée donnée puis de la laisser redescendre, par l'intermédiaire du dit moyen de liaison flexible, pour engendrer les dites vagues périodiques,
Dans ce procédé, on détermine préférentiellement la périodicité des mouvements imposés à la coque de manière à exciter une fréquence propre d'oscillation du liquide contenu dans le bassin, et le couple moteur appliqué au treuil pendant la durée de soulèvement de la coque de manière à obtenir des vagues de l'amplitude souhaitée. Le couple moteur appliqué au treuil pendant la durée de descente de la coque est de préférence déterminé de manière à maintenir en permanence le moyen de liaison sous tension.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, référence étant faite aux figures annexées.
La figure 1 montre un bassin 1 rempli d'un liquide 2, telle qu'une piscine de natation et d'agrément remplie d'eau. La piscine 1 peut être rectangulaire ou ronde, ou de toute autre forme. Une coque 3 est suspendue au sein de la piscine 1 par un moyen de liaison 4 qui peut être un câble, une courroie, une corde ou une chaîne.
Un treuil 5 comporte un tambour 6 sur lequel le moyen de liaison 4 peut s'enrouler, et un moteur électrique 7. Des oscillations périodiques de l'eau 2 de la piscine 1 sont obtenues en imposant un mouvement alternatif vertical de la coque 3 en phase avec les vagues. La période de ce mouvement alternatif vertical est déterminée expérimentalement de manière à exciter un mode d'oscillation propre de la masse d'eau contenue dans la piscine. L'amplitude de ce mouvement alternatif est déterminée de manière à obtenir des vagues de l'amplitude souhaitée.
La coque peut être réalisée en un matériau léger, peu coûteux, et résistant à l'eau, tel que le polyester armé de fibres de verre. On peut donner à la coque 3 diverses formes, par exemple parallélépipédique. Une forme parallélipipédique allongée est intéressante dans une piscine rectangulaire, et permet aisément d'obtenir divers modes transversaux, longitudinaux ou combinés d'oscillation de l'eau. Une coque 3 à parois latérales verticales; et à fond horizontal favorise le transfert au liquide de mouvements verticaux, et limite les turbulences engendrées par des mouvements horizontaux. Dans le cas où le dispositif est utilisé dans une piscine d'agrément, on donne à la coque 3 une forme telle qu'elle présente le moindre risque pour les nageurs. Les angles de la coque 3 seront arrondis.
Un boîtier de commande et de régulation 8 peut être placé à proximité du moteur, ou déporté en un endroit commode et accessible. Ce boîtier permet à l'opérateur d'introduire les valeurs souhaitées de la période du mouvement alternatif vertical imposé à la coque 3, et de l'amplitude des vagues à produire. Le tambour 6 comporte un capteur 9 permettant de mesurer sa position angulaire, et d'en déduire à la fois la hauteur à laquelle est suspendue la coque 3 et la vitesse de celle-ci. Un frein de blocage 11 permet de maintenir la coque 3 en position relevée lorsque le dispositif n'est pas utilisé. Un réducteur 10 adapte la vitesse de rotation du moteur électrique 7 à la vitesse de rotation souhaitée pour le tambour 6. Ce réducteur 10 transfère au tambour le couple moteur pendant la montée de la coque, et autorise le tambour à tourner dans le sens inverse lors de la descente de la coque.
La coque 3 est avantageusement munie d'au moins un trou 12 de telle sorte que l'eau 2 de la piscine puisse rentrer au sein de la coque 3. En variante, la coque peut être remplie par le dessus. L'eau contenue dans la coque 3 confère à l'ensemble une masse qui lui permet, après avoir été soulevé par le treuil 5, de redescendre sous l'effet de son poids apparent. L'addition d'éléments de flottaison 13 permet d'obtenir que la coque, une fois immergée dans la piscine, conserve la capacité de flotter. Ceci n'est cependant en rien nécessaire, et des coques susceptibles de couler peuvent être réalisées sans sortir du cadre de l'invention. Les trous 12 permettent à la coque 3 de s'accrocher au liquide 2 pour bien le remuer. Ils empêchent également les mouvements excessifs de la coque 3 par rapport au liquide 2.
La position de la coque 3 et la période des mouvements alternatifs imposés à celle-ci sont déterminés expérimentalement de manière à exciter un mode d'oscillation propre de la piscine 1, de manière à obtenir des vagues de la forme souhaitée. L'excitation d'un des modes d'oscillation propres du bassin permet d'obtenir des vagues sous forme d'ondes stationnaires, comportant des noeuds et des ventres en des points fixes de la piscine, sans apport d'énergie important. La coque 3 est de préférence placée au voisinage d'un ventre du mode d'oscillation souhaité. Les mouvements d'une particule d'eau au voisinage d'un tel ventre du mode d'oscillation propre de la piscine sont principalement verticaux. La coque 3 comporte préférentiellement des parois latérales verticales, de sorte qu'elle n'impose pas à l'eau environnante des mouvements ayant une composante horizontale, qui ne font pas partie du mode d'oscillation souhaité, et sont donc source de dissipation d'énergie.
Le moteur 7 est de préférence un moteur à courant continu et à basse tension, respectant les normes de sécurité qui s'appliquent aux piscines. Il peut cependant également être un moteur à courant alternatif ou un moteur pneumatique ou hydraulique. La régulation du courant du moteur est assurée par le boîtier de commande et de régulation 8. Ce boîtier de commande et de régulation 8 permet de déterminer l'amplitude du mouvement que l'on souhaite. Il contient un régulateur, par exemple de type proportionnel-intégral, permettant la régulation du courant dans le moteur pendant les période de traction sur la coque, afin d'obtenir les vagues d'amplitude souhaitée. L'amplitude des vagues effectivement obtenues peut être déduite des mouvements de la coque 3. En effet, celle-ci se déplace peu par rapport à la surface du liquide. Le mouvement de la coque 3 est déterminé en mesurant la position angulaire du tambour.
Le boîtier de commande et de régulation 8 peut également effectuer la régulation des durées de traction et d'absence de traction sur la coque. La durée de traction est sensiblement égale à la durée d'absence de traction.
Pour démarrer un régime de vagues, en partant d'une surface de liquide calme, on appliquera à la coque 3 des efforts de traction faibles, puis croissants, jusqu'à obtenir l'amplitude de vagues souhaitée.
La figure 2 représente un exemple de réalisation de l'invention. Une structure de support 14 permet d'installer le treuil 5 au dessus de la surface de la piscine 1. Une telle structure de support 14 est nécessaire dans les piscines à ciel ouvert. Un plongeoir peut être utilisé à titre de structure de support 14. Lorsque la dite structure de support est conçue pour pouvoir être déplacée, il est possible de choisir aisément le point d'application de l'excitation donnée à la surface du liquide 2, et d'influencer ainsi la forme des vagues obtenues. La coque 3 est rectangulaire. Sa longueur est de 3 m et est orientée parallèlement au petit coté d'un piscine rectangulaire 1. La largeur de la coque 3 est de 0.75 m. Le poids de la coque est de 45 kg. La coque 3 est munie d'un couvercle de protection pointu ou bombé, suffisamment élevé, pour que les nageurs ne puissent pas s'y agripper ou s'y installer. Le moyen de liaison 4 est un ensemble de deux courroies fixées en des points situés de part et d'autres du couvercle de protection. On obtient ainsi une bonne stabilité de la coque 3. Le mécanisme de treuil 5 spécifique à cette application est représenté à la figure 3. Il comporte une poulie de renvoi 15 libre de tourner autour d'un axe horizontal, et un tambour 6 solidaire de l'arbre de sortie du moteur électrique 7 ou de son réducteur 10, sur lequel s'enroulent, en se superposant, les deux courroies 4.
Les figures 4, 5 et 6 représentent des variantes de la coque d'un dispositif suivant l'invention.
La coque représentée à la figure 4 comporte un nombre important de trous 12 dans son fond horizontal. Dans une variante préférée, ces trous ont un profil tel que celui représenté à la figure 7, qui favorise la pénétration de l'eau dans la coque pendant la descente de celle-ci, et défavorise la sortie de l'eau pendant la montée de celle-ci. De ce fait, le niveau de l'eau dans la coque 3, qui varie au cours des mouvements alternatifs de celle-ci, s'établit à un niveau supérieur à celui qu'il aurait en l'absence d'un tel profil. Il en résulte que la coque est, en valeur moyenne, enfoncée plus profondément dans l'eau. Ceci permet d'appliquer à la coque une force de traction supérieure, sans risquer d'extraire celle-ci de l'eau. Les faces latérales de la coque 3 sont prolongées vers le bas par des dérives 16. Ces dérives 16 accentuent l'effet d'aspiration pendant le mouvement ascendant.
La coque représentée à la figure 5 comporte un fond ouvert, et est en forme de cloche, ouverte par le bas et fermée par le dessus. La partie supérieure de cette cloche comporte une ou plusieurs ouvertures de passage de l'air 17. Dans une variante préférée, ce ou ces ouvertures de passage de l'air 17 sont munis d'une soupape telle que représenté à la figure 8. Dans celle-ci, la bille de blocage 18 se soulève et permet la sortie de l'air lors de la descente de la coque. Lors de la remontée de celle-ci, la dite bille 18 s'applique sur son siège. Le dit siège est muni de cannelures 19, de sorte qu'un débit d'air est malgré tout admis lors de la montée de la coque 3. De manière analogue à l'exposé ci-dessus, ceci favorise la sortie de l'air et la pénétration de l'eau dans la coque pendant la descente de celle-ci, et défavorise l'entrée de l'air et la sortie de l'eau pendant la montée de celle-ci. De ce fait, le niveau de l'eau dans la coque 3, qui varie au cours des mouvements alternatifs de celle-ci, s'établit à un niveau supérieur à celui qu'il aurait en l'absence d'une telle soupape. Il en résulte de même que la coque 3 est, en valeur moyenne, enfoncée plus profondément dans l'eau. Ceci permet également d'appliquer à la coque une force de traction supérieure, sans risquer d'extraire celle-ci de l'eau.
La figure 6 représente une coque 3 présentant à la fois les caractéristiques des coques représentées au figures 4 et 5, à savoir un fond perforé, et une parie supérieure en forme de cloche. Dans cet exemple, les dérives n'ont pas été prévues, pour des raisons de sécurité.
Les formes d'exécution décrites ci-dessus avec référence aux dessins sont des exemples non limitatifs du dispositif suivant l'invention.
Le dispositif suivant l'invention peut aisément être installé dans une piscine existante, sans modifier son infrastructure. Dans le cas d'une piscine 1 couverte, le treuil 5 et son boîtier de commande peuvent être fixés au plafond de la piscine. En variante, une ou plusieurs poulies de renvoi permettent d'installer le boîtier de commande au bord de la piscine 1 ou dans un local voisin. Dans le cas d'une piscine à ciel ouvert, une structure 14 comportant une perche permet de suspendre la coque 3 en un point approprié du bassin 1.