Modélisation et optimisation d’un système de récupération de l’énergie des vagues électro-actif déformable

par Benjamin Gendron

Thèse de doctorat en Mécanique des milieux fluides

Sous la direction de Pierre Ferrant.

Le président du jury était Elie Rivoalen.

Le jury était composé de Pierre Ferrant, Elie Rivoalen, Yves-Marie Scolan, Olivier Thomas, Paolino Tona, Erwan Verron, Aurélien Babarit, Philippe Jean.

Les rapporteurs étaient Yves-Marie Scolan, Olivier Thomas.


  • Résumé

    Les convertisseurs d'énergie des vagues ont beaucoup évolué depuis les premiers prototypes dans les années 1970. D'abord rigides et composés de sections articulées, de nouveaux systèmes houlomoteurs sont maintenant entièrement flexibles comme le S3 développé par l'entreprise SBM Offshore. Ce système est composé d'un tube élastique fermé et rempli d'eau dont les déformations radiales sont directement converties en électricité grâce à l'utilisation de bagues en polymère électro-actif. L'objectif de cette thèse est de développer un modèle numérique qui soit capable de prédire le comportement du système houlomoteur déformable dans tout type d'environnement marin. À partir d'expériences sur modèles réduits, il a été possible d'analyser le comportement de la structure et de construire un modèle numérique qui prenne en compte les différents phénomènes physiques agissant sur le convertisseur. Le modèle est développé à partir d'une décomposition modale des déformations du tube. Le comportement non-linéaire du matériau est pris en compte grâce à la théorie hyperélastique et l'interaction houle-structure est réalisée à l'aide de la méthode d'éléments de frontières linéaires. Deux versions ont été développées, une fonctionnant dans le domaine fréquentiel linéaire et une autre dans le domaine temporel afin de prendre en compte les effets non-linéaires. Au final, les simulations fournies par le modèle développé sont comparées aux mesures réalisées en bassin afin de valider les résultats.

  • Titre traduit

    Simulation and optimisation of a flexible electro-active wave energy converter


  • Résumé

    Wave energy converters have greatly improved since the first generation in the 1970s. At first rigid with articulated sections, new wave energy converters are now entirely flexible like the S3 developped by the company SBM Offshore. The device is made of a water filled elastic tube closed at both ends and the radial deformations are directly converted into electricity by the use of electro-active polymere rings. The objective of this thesis is to develop a numerical model that can predict the behaviour of this flexible wave energy converter in any kind of environment. After performing scaled model tests, it has been possible to analyse the behaviour of the device and build a numerical model that takes into account the different physical effects acting on the wave energy converter. The numerical model is based on a modal decomposition of the tube deformations. The wall non-linear effects are taken into account with the use of the hyper-elastic theory and the wave-structure interaction is made possible with the linear boundary element method. Two different versions have been developped. One based on the linear frequency domain and the other working in the time domain in order to take into account the non-linear effects. Finally, The simulations are compared with the measures from the basin tests to validate the results.


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