Modélisation numérique et physique de la chaîne de récupération de l'énergie de la houle par un dispositif bord à quai

Numerical and Physical Modeling of a Quayside Wave Energy Recovery System

• Auteur / Autrice : Sixtine Neuvéglise
• Direction : François Marin, Hassan Smaoui
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des milieux fluides
• Date : Soutenance le 15/10/2018
• 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 : établissement de préparation : Université du Havre (1984-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire ondes et milieux complexes (Le Havre, Seine-Maritime)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Marin, Hassan Smaoui, Michel Benoit, Stéphane Abadie, Aurélien Babarit, Christophe Maisondieu, Gaële Perret
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michel Benoit, Stéphane Abadie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Équations de Navier-Stokes -- Solutions numériques

Énergie des vagues

Vagues

Mots clés libres

Energie de la houle

Modélisation numérique, analytique et physique

Energies marines

Système bord à quai

Correction d'un modèle analytique

Wave energy

Numerical, analytical and physical modeling

Marine energies

Shoreboard system

Correction of an analytical model

Résumé

Ce mémoire présente l’étude du comportement d’un flotteur bord à quai. Ce flotteur est constituéd’une bouée de section rectangulaire située à proximité d’une digue verticale. Un modèle analytique linéaire basé sur la théorie de l’écoulement potentiel est réalisé en profondeur d’eau intermédiaire. Un modèle numérique résolvant les équations de Navier-Stockes est développé. Des essais expérimentaux sont également mis au point pour des flotteurs de différentes dimensions et servent de références aux deux autres modèles. La comparaison de ces trois modèles permet de déduire le domaine de validité du modèle analytique, ainsi que la présence d’effets non-linéaires agissant sur le comportement du flotteur.Dans un premier temps, l’impact des dimensions du système sur le comportement du flotteur est quantifié. Les effets non-linéaires sont quantifiés en fonction des grandeurs du système puis une correction du modèle analytique est proposée. Par la suite, la correction du modèle est appliquée au comportement du système incluant un récupérateur d’énergie.Dans un second temps, l’effet du flotteur sur les franchissements de digue est étudié. Les franchissements de digue sont exprimés grâce à la hauteur de houle entre la digue et le flotteur (exprimée par le modèle analytique) et à la formule de Van Der Meer (2002). Ces franchissements sont également estimés de manière expérimentale. Il est montré que lorsque la longueur d’onde de la houle est importante et que le dégagement entre la digue et le flotteur est faible, les franchissements de digue sont réduits par la présence du flotteur.

The study of a quayside wave energy converter is proposed. A simplified model composed ofa rectangular buoy oscillating in heave motion and installed close to a vertical dike is developedusing three different models. An analytical model based on potential flow theory is developed inintermediate water depth. A numerical model resolving the Navier-Stokes equation is developed.Experimental tests are performed for different floater dimensions and are used as references for the two other models. The comparison between the three models presents the validity domain of the analytical model. The existence of non-linear effects acting on the floater behaviour is shown.At first, the impact of the system dimensions on the floater behaviour are highlighted and quantified. According to these results a correction of the analytical model is proposed. Moreover, the corrected analytical model is applied to the wave energy converter behaviour. Secondly, the overtoppings are expressed using the wave height between the dike and the floater (provided by analytical model) and the Van Der Meer formula (2002). These overtoppings are also estimated using experimental tests. The comparison of these two models shows the presence of strong load losses when the floater is close to the dike. In those cases the analytical model needs a correction taking into account these load losses. It is also shown that when at the same time the wave length is high and the toe clearance between the dike and the floater is small, the dike overtopping are reduced by the presence of the floater.