Modélisation non-linéaire des interactions vague-structure appliquée à des flotteurs d'éoliennes off-shore

Nonlinear modelling of wave-structureinteractions applied to off shorewind turbine platforms

• Auteur / Autrice : Emmanuel Dombre
• Direction : Damien Violeau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 12/06/2015
• Etablissement(s) : Paris Est en cotutelle avec NORVEGE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Hydraulique Saint-Venant (Chatou, Yvelines) - Laboratoire d'Hydraulique Saint-Venant / Saint-Venant Laboratory for Hydraulics / Saint-Venant
• Jury : Président / Présidente : Stephen Grilli
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Damien Violeau, Michel Benoit, Sime Malenica, Yves-Marie Scolan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Dias, Pierre Ferrant

Mots clés

Mots clés contrôlés

Constructions flottantes

Éléments-frontières, Méthode des

Systèmes non linéaires

Mécanique des fluides

Mots clés libres

Mécanique des fluides numérique

Interactions vague-Structure non-Linéaires

Méthode des élements de frontière

Computational fluid dynamics

Non-Linear wave-Structure interactions

Boundary element method

Résumé

Cette thèse est consacrée à l'étude numérique des interactions non-linéaires entre des vagues et un corps rigide perçant la surface libre. La méthode développée repose sur un modèle d'éléments de frontière qui réduit la dimensionnalité du problème d'une dimension. Dans un premier temps, un modèle2D est appliqué à des géométries simples et permet de démontrer la pertinence de l'approche envisagée pour la prédiction des mouvements d'une structure flottante soumise à des vagues monochromatiques régulières. Dans un second temps, en nous inspirant d'un modèle potentiel non-linéaire 3D développé par Grilli textit{et al.}~cite{grilli2001fully}, nous proposons une généralisation de la méthode pour des maillages triangulaires non-structurés de surfaces 3D. Le modèle développé permet de traiter des configurations arbitraires de plusieurs cylindres verticaux en interaction avec les vagues. Nous présentons des cas de validation de nature académique qui permettent d'apprécier le comportement du modèle numérique. Puis nous nous tournons vers l'application visée par EDF R&D, qui concerne le dimensionnement d'éoliennes off-shore flottantes. Un flotteur de type semi-submersible est évalué à l'aide du modèle non-linéaire

This PhD work is devoted to the study of nonlinear interactions between waves and floating rigid structures. The developed model relies on a boundary element method which reduces the dimensionality of the problem by one. First, a 2D model is applied to basic geometries and allows us to demonstrate the validity of the method for predicting the motion of a floating structrure subject to incoming monochromatic regular waves. Secondly, getting inspired by the 3D fully nonlinear potential flow model of Grilli textit{et al.}~cite{grilli2001fully}, we propose a novel model which generalizes the method for unstructured triangular meshes of 3D surfaces. The proposed model is able to deal with arbitrary configurations of multiple vertical cylinders interacting with the waves. We present academic validation test cases which show how the model works and behaves. Finally, we study situations of interest for EDF R&D related to floating off-shore wind turbines. A semi-submersible platform is evaluated with the nonlinear model