Hydroliennes à flux transverse : contribution à l’analyse de l’interaction fluide-structure

par Jerônimo Zanette

Thèse de doctorat en Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie

Sous la direction de Christophe Corre, Didier Imbault et de Mohamed Ali Tourabi.

Soutenue en 2010

à Grenoble INPG , dans le cadre de École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....) , en partenariat avec Sols, solides, structures - risques (Grenoble) (laboratoire) , Laboratoire des écoulements géophysiques et industriels (Grenoble) (laboratoire) et de HydroQuest (Meylan, Isère) (entreprise) .

Le président du jury était Pierre Ferrant.

Le jury était composé de Jacques-André Astolfi.

Les rapporteurs étaient Farid Bakir, Georges Jacquet-Richardet.

mots clés

• Hydrolienne à flux transverse
• Interaction fluide-structure
• Simulation numérique RANS
• Cross-flow water turbin
• Fluide-structure interaction
• RANS numerical simulation
• Hydroliennes
• Interaction fluide-structure -- Simulation par ordinateur

Résumé

Cette thèse a été réalisée dans le cadre du Projet HARVEST, programme d'études initié au Laboratoire LEGI de Grenoble visant la production d'électricité à partir d'un concept original d'hydrolienne. Au sein du Projet HARVEST, ce travail constitue une contribution à l'analyse de l'interaction fluide-structure, appuyée sur des outils de simulation numérique disponibles. Une démarche progressive a été mise en place. L'étude porte ainsi tout d'abord sur des configurations bidimensionnelles représentant une coupe transversale de la géométrie réelle. Des géométries tridimensionnelles simplifiées, incluant quelques composants de la turbine, sont ensuite analysées. Enfin, dans la dernière partie de ce manuscrit, le rendement hydrodynamique et les caractéristiques mécaniques d'une géométrie complète de turbine à flux transverse sont présentés. Ce mémoire est clôturé par des conclusions d'ordre méthodologique et technologique des travaux présentés.

Titre traduit

Cross-flow water turbines : a contribution to the fluid-structure interaction analysis

Résumé

The general context of the present study is the HARVEST Project, research program initiated at LEGI Laboratory in Grenoble devoted to the development of an original concept of cross-flow water turbine allowing to harness the kinetic energy of rivers and oceans streams. Within the HARVEST Project, this thesis is an important contribution to the analysis of fluid-structure interaction, based on available numerical simulation tools. A gradual approach was implemented. The study is primarily performed on two-dimensional configuration representing a cross section of the real geometry. Simplified three-dimensional geometries, including some components of the turbine, are analyzed after. Finally, in the last part of this manuscript, the hydrodynamic performance and mechanical characteristics of a complete geometry of cross-flow water turbine are presented. This thesis is concluded with methodological and technological considerations.