Etude expérimentale et optimisation des performances hydrauliques des vis d'Archimède utilisées dans les micro centrales hydroélectriques

Experimental study and performance optimization of Archimedean screw turbine used in micro hydroelectric plants

• Auteur / Autrice : Guilhem Dellinger
• Direction : Abdellah Ghenaim, Abdelali Terfous
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 10/12/2015
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Sanda-Carmen Georgescu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Luc Achard, Karim Bekkour
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sanda-Carmen Georgescu, Denis Dartus

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation tridimensionnelle

Petites centrales hydroélectriques

Hydraulique

Vis d'Archimède

Mots clés libres

Micro Centrale Hydroélectrique

Vis d'Archimède

Expérimentations

Modélisation

Simulation numérique

Mirco-hydro Plants

Archimedean Screw

Experiments

Modelisation

Numerical simulation

Résumé

Le potentiel de production d'hydroélectricité à l'aide de micro centrales hydroélectriques est sous-exploité en Europe. L'exploitation de petites chutes d'eau, à l'aide des vis d'Archimède, est un moyen de production d'énergie renouvelable récent et en voie de développement. Cette thèse étudie les performances hydrauliques de ce type de turbine. Une première partie du travail a porté sur la mise en place d'un dispositif expérimental, à échelle réduite, permettant de tester pour des conditions hydrauliques et des paramètres géométriques variés les performances hydrauliques d'une vis d'Archimède. Un modèle théorique semi-analytique permettant de déterminer les performances de la vis a été développé puis validé à l'aide des résultats expérimentaux. Les écoulements complexes au sein de cette turbine sont étudiés par le biais d'une modélisation numérique 3D instationnaire, validée expérimentalement. La compréhension de la structure de l'écoulement a alors permis de développer un nouveau modèle théorique permettant de déterminer avec plus de précision le débit de fuite qui est à l'origine d'une perte significative de rendement. Ces résultats permettent d'envisager l'implémentation d'un modèle de dimensionnement industriel.

The potential for hydropower generation using micro-hydro plants is still under exploited in Europe. The Archimede Screw Generators are a growing technology convenient for low-head hydraulic sites. This thesis studies the hydraulic performance of this turbine. The first part of thiswork presents an experimental device using a laboratory screw scale. This device allows to test screw performance for various hydraulic conditions and geometrical parameters. A theoretical model predicting the screw performance has then been developed and validated with experimental results.The complex flows occurring within the screw are studied thanks to 3D and unsteady numerical simulations. The numerical results are validated experimentally. The insights provided on the flow structure permit to develop a new leakage model. These leakages are a major source of efficiency loss. Eventually, all these results will allow the implementation of an industrial dimensioning model.