Thèse soutenue

Étude expérimentale de l'effet des courants de marée et de la houle sur la dynamique tourbillonnaire d'une variation bathymétrique et sur le comportement d'une hydrolienne

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Auteur / Autrice : Maëlys Magnier
Direction : Grégory GermainPhilippe Druault
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique des milieux fluides
Date : Soutenance le 17/10/2023
Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’ingénierie et des systèmes (Lille ; 2021-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de recherche Recherches et Développements Technologiques (Institut français de recherche pour l'exploitation de la mer) - Laboratoire d’Hydrodynamique Marine (LHyMar) (Boulogne-sur-Mer, Pas-de-Calais)
Jury : Président / Présidente : Nicolas Mazellier
Examinateurs / Examinatrices : Henda Djeridi, Gaële Perret, Benoît Gaurier
Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Mazellier, Anne-Claire Bennis

Résumé

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Dans le contexte actuel de dérèglement climatique et sur fond de crise géopolitique, il est plus que jamais nécessaire de réduire notre consommation d'énergie et de la produire le plus proprement et localement possible, notamment à partir de sources d'énergies renouvelables. Parmi elles, les courants de marée constituent une ressource très intéressante car prévisible. Cependant, leur caractère instationnaire et turbulent rend leur exploitation complexe et nécessite une connaissance fine des conditions de fonctionnement et des sollicitations rencontrées par les hydroliennes. Durant ces travaux, nous nous sommes attachés à étudier, en milieu contrôlé, les propriétés spatio-temporelles de différents types d'écoulements pouvant être rencontrés dans les sites à haut potentiel hydrolien : cisaillés, turbulents, en présence ou non de houle, indépendamment et en interaction les uns avec les autres.En similitude géométrique et de Froude par rapport aux conditions hydrodynamiques en Manche, divers agencements de grilles ont été utilisés pour générer, dans le bassin à houle et courant de l'Ifremer, des gradients de vitesse et de turbulence type. Un obstacle de fond, représentatif de la bathymétrie du Raz Blanchard, a également été utilisé pour générer des structures tourbillonnaires de grandes dimensions.Ces différents types d'écoulements sont tout d'abord étudiés de façon indépendante afin de les caractériser finement. Une étude approfondie des interactions entre le sillage généré par l'obstacle de fond et la houle est ensuite proposée. Les résultats obtenus mettent en évidence des échanges d'énergie à différents niveaux, depuis l'initialisation du sillage jusqu'à son développement dans la colonne d'eau. Cette étude permet ensuite de déterminer les paramètres de houle influençant le développement des structures tourbillonnaires générées par l'obstacle sur une gamme étendue de houles co et contre-courant.L'impact des gradients verticaux de vitesse est enfin étudié sur les chargements moyen et le sillage proche d'un obstacle de fond, ainsi que sur le fonctionnement d'une hydrolienne tri-pale à axe horizontal. Les résultats obtenus montrent que les efforts moyens perçus par l'obstacle et le développement de son sillage sont peu sensibles à la répartition de vitesse amont tant que la vitesse moyenne impactant l'obstacle reste du même ordre de grandeur. Au contraire, un fort lien existe entre les variations de vitesse perçues par la pale d'une hydrolienne au cours d'un tour et les variations d'efforts axiaux mesurés en pied de pale.