Modélisation de la turbulence engendrée par la morphologie du fond dans le Raz Blanchard : approche locale avec la LBM-LES

Modelisation of turbulence induced by the seabed morphology in the Raz Blanchard : LBM-LES local approach

• Auteur / Autrice : Philippe Mercier
• Direction : Sylvain Guillou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Méanique des fluides, énergetique, thermique, combustion, acoustique
• Date : Soutenance le 21/03/2019
• 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 universitaire des sciences appliquées de Cherbourg (1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de soutenance : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Gourdain
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvain Guillou, Sedat Tardu, Gilmar Monpean, Luminita Danaila, Emmanuel Poizot, Jérôme Thiébot, Grégory Germain
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sedat Tardu, Gilmar Monpean

Mots clés

Mots clés contrôlés

Turbulence

Simulation des grandes échelles

Rugosité

Modélisation CFD

Fonds marins

Hydrodynamique

Mots clés libres

Hydrolienne Marine

Mécanique des Fluides Numérique

Méthode de Boltzmann sur Réseau

Hydrodynamics

Tidal Stream Turbine

Sea Bottom

Lattice Boltzmann Method, Roughness

Large Eddy Simulation

Computational Fluid Dynamics

Résumé

Le développement des énergies renouvelables passe par l’exploitation de nouvelles sources d’énergie. La filière hydrolienne, dédiée à la récupération de l’énergie des courants de marée, est proche de l’industrialisation. Cependant, les conditions hydrodynamiques turbulentes des sites hydroliens sont encore mal connues. Cette thèse propose d’examiner à l’échelle locale l’effet des rugosités du fond marin sur la génération de tourbillons hautement énergétiques par la simulation numérique en mécanique des fluides de type méthode de Boltzmann sur réseau. Cette méthode est particulièrement adaptée à la simulation d’écoulements instationnaires sur un domaine de simulation complexe. Dans un premier temps, les phénomènes physiques de détachements tourbillonnaires sur des macro-rugosités canoniques sont décrits. L’appariement de structures tourbillonnaires est mis en évidence dans le processus de formation de tourbillons hautement énergétiques. Dans un deuxième temps, la simulation permet d’observer de tels phénomènes dans le cas d’écoulements environnementaux intégrant une bathymétrie réelle. Ces simulations, validées par rapport à des mesures in situ, mènent à une meilleure compréhension des effets du fond marin sur la turbulence en milieu hydrolien. En particulier, l’importance des failles géologiques dans la génération de turbulence dans la zone d’étude est mise en évidence.

Renewable energy development calls for exploitation of new energy resources. Tidal stream power harvesting is now close to the industrialisation step. Still, turbulent hydrodynamic conditions at tidal sites are not well understood. This thesis aims to investigate the local scale effect of sea bottom roughnesses on energetic vortex generation with computational fluid simulations using the lattice Boltzmann method. This method is highly indicated for unsteady flow simulations of complex domains. First, the physical phenomena involved in vortex emission around canonical macroroughnesses are described. Vortex merging is identified in the generation process of energetic vortices. Then, such physical events are reproduced in the case of environmental flow simulations using a real seabed morphology. These simulations are validated on in situ measured data, and lead to a better understanding of the sea bottom effect on tidal stream site turbulence. They demonstrate the role of geological faults on the local turbulence.