• Langue : Français, Anglais
• Discipline : Mécanique des milieux fluides
• Identifiant : 2023ULILN027
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 17/10/2023

Résumé en langue originale

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.

Résumé traduit

In the current context of climate change and geopolitical crisis, it is more necessary than ever to reduce our energy consumption and produce it as cleanly and locally as possible, particularly from renewable energy sources. Among those sources, tidal currents are of high-interest thanks to their predictability. However, the unsteady and turbulent nature of tidal currents makes them complex to harness and requires detailed knowledge of the operating conditions and stresses encountered by tidal turbines. In this work, we have studied, in a controlled environment, the spatio-temporal properties of different types of flow that may be encountered in sites with high tidal energy potential: sheared, turbulent, with or without swell, independently or in interaction with each other.Based on geometric and Froude similarities with the hydrodynamic conditions of the English Channel, various grid arrangements are used to generate characteristic velocity and turbulence gradients, in the flume tank of IFREMER. A bottom obstacle, representative of the Alderney Race bathymetry, is used to generate large-scale turbulent structures. Those different types of flow are first studied independently in order to characterise them thoroughly. An extensive study of the interactions between the wake generated by the bottom obstacle and the swell is then proposed. The results show that energy is exchanged at different levels, from the initialisation of the wake to its development in the water column. This study enables us to determine the swell parameters influencing the development of the vortex structures generated by the obstacle over a wide range of co-current and counter-current swells. Finally, the impact of vertical velocity gradients is studied on the mean loads and the near-wake of a bottom obstacle, as well as on the behaviour of a horizontal axis three-bladed tidal turbine. The obtained results show that the mean loads perceived by the obstacle and the development of its wake are not significantly sensitive to the upstream velocity distribution as long as its mean value on the obstacle height remains of the same order of magnitude. On the contrary, there is a strong link between the variations of velocity perceived by the blade of a tidal turbine during a revolution and the variations of the axial loads measured at the blade root.