Modélisation numérique et expérimentale de la captation d'énergie houlomotrice : application aux essais à échelle réduite en bassin

Numerical and experimental modelization of the power take off of wave energy converters : application to experiments at basin–scale

• Auteur / Autrice : Romain Lecuyer-Le Bris
• Direction : Jean-Frédéric Charpentier, Mohamed Benbouzid
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique, génie mécanique, mécanique des fluides et énergétique
• Date : Soutenance le 17/06/2022
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la mer et du littoral (Plouzané)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Comportement des Structures en Mer (Boulogne-sur-Mer, Pas-de-Calais ; Plouzané, Finistère)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Yves Billard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Frédéric Charpentier, Mohamed Benbouzid, Jean-Yves Billard, Elie Rivoalen, Lili Kimmoun, Anne Blavette
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Elie Rivoalen, Lili Kimmoun

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interaction fluide-structure

Modèles mathématiques

Énergie des vagues

Mots clés libres

Dynamique non–linéaire

Interaction fluide–structure

Modèle d’état hybride

Non–linear dynamic

Fluid–structure interaction

Hybrid state space model

Résumé

Le comportement des systèmes houlomoteurs est non–linéaire et complexe à modéliser fidèlement, notamment en raison de l’interaction fluide–structure et du caractère aléatoire de la houle. La capacité d’un système houlomoteur à récupérer une part de l’énergie des vagues dépend de la stratégie de contrôle utilisée ainsi que de la fiabilité du modèle de comportement. Les temps de calcul numérique doivent rester raisonnables afin de permettre un contrôle en temps réel.Dans ce contexte, des calculs en fluide parfait permettent de modéliser l’interaction fluide–structure au premier ordre. Cette approche de diffraction-radiation met en évidence les fonctions de retard du système dont une analyse fine a été menée dans ce travail et illustrée sur un cas de référence. Cette thèse propose d’établir une méthode applicable à la modélisation de n’importe quel type de système houlomoteur multi–corps. La formulation des efforts hydrodynamiques issue des hypothèses de fluide parfait est alors complétée de termes semi-empiriques afin de tenir compte d’effets non linéaires. Les efforts d’origine visqueuse représentés sont particulièrement influents au voisinage des résonances des mouvements.Cette méthode permet également l’intégration de données expérimentales dans le modèle numérique. Un travail expérimental a donc été mené afin de comprendre, quantifier et intégrer au modèle numérique les effets observés expérimentalement pour un corps ancre. Enfin des éléments en faveur d’une campagne expérimentale d’un système à deux corps sont présentés.

The behaviour of wave energy converters (WEC) is non-linear and complex to model accurately, especially due to the fluid–structure interaction and the randomness of the wave. The ability of a WEC to recover some of the wave energy depends on the control strategy used and the reliability of the behaviour model. Numerical computation time must remain reasonable in order to allow real–time control. In this context, perfect fluid calculations are used to model the fluid-structure interaction at first order. This diffraction–radiation approach highlights the delay functions of the system, a detailed analysis of which has been carried out in this work and illustrated on a reference case. This thesis proposes to establish a method applicable to the modelling of any type of multi-body WEC. The formulation of the hydrodynamic forces resulting from the assumptions of perfect fluid is then supplemented with semi–empirical terms in order to take into account non–linear effects. The viscous forces represented are particularly influential in the vicinity of the motion resonances. This method also allows the integration of experimental data into the numerical model. Experimental work was therefore carried out in order to understand, quantify and integrate the effects observed experimentally for an anchored body into the numerical model. Finally, elements in favor of an experimental campaign for a two-body system are presented.