Thèse soutenue

Comportement d'une hydrolienne carénée à double axe vertical dans une diversité de conditions d'écoulement en mer et en bassin d'essais

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Auteur / Autrice : Martin Moreau
Direction : Grégory Germain
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique des milieux fluides
Date : Soutenance le 18/10/2023
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 : Institut français de recherche pour l'exploitation de la mer
Jury : Président / Présidente : Anne-Claire Bennis
Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Mazellier, Guillaume Maurice
Rapporteurs / Rapporteuses : Sandrine Aubrun-Sanches, Ludovic Chatellier

Résumé

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Limiter le réchauffement climatique nécessite, entre autres adaptations, une réduction substantielle de l'utilisation des énergies fossiles et une électrification généralisée basée sur des systèmes de production faiblement émetteurs de gaz à effet de serre. Dans ce contexte, l'exploitation de l'énergie des courants de marée et autres énergies marines renouvelables gagne en intérêt. Ainsi, la dernière décennie a vu les premiers essais en mer de plusieurs concepts d'hydroliennes. Parmi eux, la première hydrolienne carénée à double axe vertical de 1 mégawatt, développée par HydroQuest, a été testée au large de l'île de Bréhat, en Bretagne, de 2019 à 2021. Dans la perspective des prochaines générations de turbines, l'entreprise souhaite améliorer ses outils de conception expérimentaux et numériques afin de gagner en confiance dans sa capacité à prédire les performances et les chargements mécaniques à l'échelle réelle à partir des expériences à échelle réduite. Cela ne peut se faire qu'en comparant les résultats obtenus en mer à ceux obtenus en laboratoire afin d'évaluer les potentiels effets d'échelle. Par conséquent, nous commençons ce mémoire par l'analyse des mesures en mer pour caractériser le comportement du prototype in-situ. Ensuite, nous étudions la réponse d'une maquette à l'échelle 1/20 de ce prototype à partir d'essais réalisés dans le bassin à houle et courant de l'Ifremer à Boulogne-sur-mer. Nous considérons de nombreuses conditions d'écoulement, allant de conditions idéales vers des conditions plus complexes et réalistes. Au-delà de la comparaison des résultats entre échelle réduite et échelle réelle, les analyses présentées dans cette thèse visent également à mieux comprendre l'influence de chacune des caractéristiques de l'écoulement des courants de marée sur le comportement de l'hydrolienne carénée. À partir de mesures de puissance, d'efforts et de sillage, nous étudions les effets du cisaillement de l'écoulement incident, de sa direction relative, de la turbulence générée par des obstacles bathymétriques et des vagues en surface sur la réponse de la maquette. Les résultats montrent que la génération de puissance est, en moyenne, insensible aux conditions d'écoulement incidentes alors que les fluctuations de puissance et d'efforts peuvent être fortement affectées. Enfin, nous discutons des effets d'échelle, notamment de l'influence du nombre de Reynolds, en comparant les résultats en bassin d'essais à ceux obtenus sur le prototype en mer. Les résultats permettent d'affiner la correction qu'il convient d'appliquer aux mesures à échelle réduite pour prédire la génération de puissance à échelle réelle. Bien que les efforts et le sillage semblent moins affectés par les effets visqueux, une comparaison détaillée avec les résultats à échelle réelle nécessiterait des améliorations sur les mesures en mer afin de mieux quantifier les potentiels effets d'échelle. Ces améliorations pourront être mises en œuvre dans les années à venir avec le lancement de la prochaine génération d'hydroliennes à double axe vertical.