Thèse soutenue

Développement d’un modèle de simulation déterministe pour l’étude du couplage entre un écoulement atmosphérique et un état de mer

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Auteur / Autrice : Marie Cathelain
Direction : Pierre FerrantYves Pérignon
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique des Milieux Fluides
Date : Soutenance le 04/01/2017
Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche en hydrodynamique, énergétique et environnement atmosphérique (Nantes)
Jury : Président / Présidente : Fabrice Ardhuin
Examinateurs / Examinatrices : Pierre Ferrant, Yves Pérignon, Fabrice Ardhuin, Sandrine Aubrun-Sanches, Jean-Luc Redelsperger, Isabelle Calmet, Christine Jouette
Rapporteurs / Rapporteuses : Sandrine Aubrun-Sanches, Jean-Luc Redelsperger

Résumé

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La physique de la couche limite atmosphérique en domaine océanique est principalement régie par les processus couplés liés au vent, à l’état de mer local, et à des effets de flottabilité. Leur compréhension reste néanmoins parcellaire et leurs descriptions théoriques et stochastiques sont pour le moins lacunaires, lorsqu’elles ne sont tout simplement pas mises à mal par les rares observations. Dans un contexte d’exploitation croissante de la ressource éolienne offshore, la mise en place de méthodes numériques visant à une description plus fine des propriétés turbulentes de cette couche limite sera une étape déterminante dans la réduction des coûts et l’optimisation des structures pour des rendements de récupération d’énergie améliorés. Ainsi, un outil numérique a été mis en place afin d’étudier le couplage entre un écoulement atmosphérique et l’état de mer. Un code Large-Eddy Simulation massivement parallèle pour la simulation des écoulements atmosphériques incompressibles développé par P. Sullivan au National Center for Atmospheric Research est couplé à un code spectral d’états de mer non-linéaires développé au Laboratoire de recherche en Hydrodynamique, Energétique et Environnement Atmosphérique. De nombreuses configurations de vents et d’états de mer sont modélisées. On montre que les lois semi empiriques souvent utilisées pour représenter la distribution verticale de la vitesse moyenne du vent sont une bonne approximation dans les situations où un petit état de mer est soumis à un fort vent. Néanmoins, dans le cas de houles très rapides se propageant dans des zones de faible vent, la création d’un jet de vent par la houle invalide ces lois semi-empiriques.