Etude expérimentale des performances d'une hydrolienne, soumise aux effets de la turbulence et de l'intéraction houle-courant

Experimental study of a marine turbine performance results, submitted to the effects of turbulence and wave-current interactions

• Auteur / Autrice : Benoît Gaurier
• Direction : Grégory Pinon, Grégory Germain
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 05/11/2020
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire ondes et milieux complexes (Le Havre, Seine-Maritime)
• Jury : Président / Présidente : Jacques-André Astolfi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gaële Perret
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sandrine Aubrun-Sanches, Laurent David

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fluides, Dynamique des -- Mesure

Vélocimétrie par images de particules

Énergie renouvelable

Énergie des mers

Hydroliennes

Mots clés libres

Hydrolienne

Énergie marine renouvelable

Intéraction houle-courant

Turbulence

Système PIV (Particle Image Velocimetry)

Sondes LDV (Laser Doppler Velocimeter)

Tidal turbine

Renewable marine energy

Wave-current interaction

Résumé

Dans le contexte actuel du réchauffement climatique, l’extraction de l’énergie des courants marins par des hydroliennes se doit d’intégrer le mix énergétique de demain. Ces machines étant confrontées à un environnement marin difficile, il est nécessaire de connaître leur comportement dans des conditions de fonctionnement réaliste pour garantir une utilisation optimale. Dans ces travaux, les performances d’une hydrolienne sont étudiées, quand la machine est soumise à un courant turbulent ou aux effets combinés de la houle et du courant. La représentation physique des essais à échelle réduite est d’abord abordée, en se focalisant sur la caractérisation de l’écoulement incident et ses effets sur une maquette d’hydrolienne à l’échelle 1/20. La position et le type de mesure de la vitesse amont sont discutés afin de définir avec précision ses performances et sa réponse temporelle et spectrale. Ces éléments sont essentiels dans la définition des standards de certification des modélisations expérimentales. La représentation de variations bathymétriques permet de générer des écoulements turbulents, caractérisés par le passage de structures tourbillonnaires de la taille du rotor. La réponse de la machine est déterminée de manière globale et locale, pour plusieurs positions relatives de la machine par rapport aux obstacles. Les effets combinés de la houle et du courant sur le comportement de la machine sont étudiés à partir de résultats de mesures obtenues dans trois infrastructures d’essais. Des différences significatives entre les bassins apparaissent et une discussion sur leur origine est menée.

In the context of global warming, the extraction of energy by tidal turbines from marine currents must be integrated into the future energetic mix. Being confronted with a difficult marine environment, it is required to know the turbines’ behaviour when they are submitted to realistic solicitations to guarantee an optimal use. In this work, the marine turbine performance is studied when the machine is submitted to a turbulent current or a combined wave-current effect. The physical representation of trials at reduced scale is first described focusing on the incoming flow characterisation and its effects on a turbine model at 1:20 scale. The locationand measurement type of the upstream velocity are discussed to accurately define its performance and its temporal and spectral response. Such parameters are essential in the definition of certification standards for experimental modelling. The bathymetric variation representation enables turbulent flow to be generated. They are mainly characterized by large eddies with a size corresponding to the rotor. The turbine response is determined in a global and local way for many relative turbine locations versus the obstacles. The combined wave and current effects on the turbine behaviour are studied from measurement results carried out in three facilities. Significant differences between the tanks appear and a discussion on their origin is proposed.