Résumé

 

Résumé : La réduction des émissions de gaz à effet de serre imposée aux états pour limiter le réchauffement climatique mondial passe par une réorganisation de la répartition des sources d’énergies. La part des énergies renouvelables(ENRs) est vouée à augmenter dans les prochaines décennies. La technologie hydrolienne a comme avantage de fournir une énergie faiblement carbonée prédictible contrairement à la majorité des autresENRs.
Son développement soulève toutefois des problématiques qui lui sont propres : dans l’eau, en milieu naturel, des organismes vivants colonisent les surfaces des turbines immergées, c’est le biofouling. Celui-ci induit des changements sur le comportement des hydroliennes que cette thèse de cherche à décrire et quantifier à l’aide d’outils numériques. Plusieurs aspects de l’impact du biofouling sont étudiés : d’abord dans le cas simplifié d’une pale droite dans un écoulement rectiligne uniforme montre que le biofouling génère surtout de la trainée qui modifie le sillage tourbillonnaire. Puis une hydrolienne à axe horizontal dont les pales sont colonisées de façon réaliste est étudiée. Les résultats montrent une diminution de la puissance de l’hydrolienne et une augmentation de sa traînée. Le sillage, globalement plus turbulent, contient moins d’énergie dans ses gros tourbillons. Les effets de la variation de masse sur le démarrage des machines sont ensuite étudiés à l’aide d’un système innovant d’Interaction Fluide-Structure(IFS) : le mouvement induit par le fluide. Le biofouling pourrait avoir un effet conséquent sur l’amorçage de la mise en rotation,et pourrait même bloquer les hydroliennes à axe vertical.Enfin,une tentative de couplage entre des code Eulérien et Lagrangien est présentée, avec comme objectif de faciliter l’étude de problématiques fluides multi-échelles en abaissant les temps de calcul requis.
Mots clés: Biofouling, Hydrolienne, Dynamique des fluides, Sillage, Approche numérique.

Abstract : The reduction of greenhouse gas emissions which has been imposed on states in order to limit global warming needs re-organizing the energy mix.The share of renewable energies in the energy mix is due to grow in the next decades. Tidal power’s advantage is to deliver low carbon predictable energy, unlike the majority of other renewable energies. Though, its development raises specific problematics: inwater,
in natural environment, live organisms colonize the surfaces of immerged turbines,which is called biofouling. Biofouling induces the changes in the behaviour of tidal turbines this work tries to describe and quantify with the help of numerical tools. Several aspects of biofouling are here studied: first, the simplified case of a straight blade in a uniform straight flow shows that biofouling principally generates drag which changes the blade’s wake. Then, a horizontal axis turbine whose blades are realistically colonized is being studied. The results show the turbine’spower is lessened and its trail increases. The wake, which is overall more hectic, contains less energy in its strong vortices. We then
study the effects of mass variations on the start-up of the machines, with an innovative system of interactions between fluid and structure: the movement is inducedby the fluid.
Biofouling could well have a strong impact on the initiation of the rotation, and could even block vertical axis turbines. Finally, we tried to present a mix of Eulerian and Lagrangian codes, aiming at making the study of multiscale fluid problems easier, by making the computing time shorter.
Keywords: Tidal Turbine, CFD, Renewable Energy, Performances, Wake.