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Simulations aux grandes échelles d’écoulements éoliens flottants pour le développement de modèles de dimensionnement et de contrôle des fermes éoliennes flottantes

MEGEP (Mécanique, Energétique, Génie civil & Procédés) – [Subject to defense authorization]

https://youtube.com/live/i_ySyhq5kYQ?feature=share

Le développement récent des éoliennes flottantes, et la perspective de leur déploiement à grande échelle sous forme de parcs en mer profonde, posent des défis inédits pour la modélisation et la compréhension des écoulements en contexte offshore. Contrairement aux éoliennes posées, les éoliennes flottantes sont soumises à des mouvements induits par la houle, qui influencent non seulement leur fonctionnement individuel, mais aussi les interactions au sein des fermes éoliennes. Si les recherches des deux dernières décennies ont permis de mieux cerner la dynamique des plateformes flottantes et l'aérodynamique des rotors isolés, en grande partie grâce à des simulations numériques multifidélités, les questions relatives aux sillages produits par ces turbines en mouvement, et à leur évolution au sein d'un parc, demeurent encore peu explorées. Ce travail de thèse s'inscrit dans cette problématique, en s'appuyant sur des simulations numériques à haute fidélité, notamment les simulations aux grandes échelles, dans lesquelles la géométrie complète de l'éolienne est prise en compte. Une approche de modélisation par loi de paroi y est utilisée, en alternative aux techniques d'actuation classiques de type disque ou ligne actuateur. Une méthodologie spécifique a été développée, intégrant le mouvement de translation périodique des éoliennes, ainsi qu'un contrôle sur leurs vitesses de rotation. Validée sur des cas expérimentaux d'éoliennes statiques en soufflerie, cette approche a permis de mettre en évidence l'apparition de structures cohérentes dans le sillage, générées par le mouvement, et leurs effets sur le mélange avec l'écoulement ambiant. Une étude complémentaire a par ailleurs été menée à l'échelle de la ferme, en recourant cette fois à une modélisation par disques actuateurs statiques, plus adaptée aux grandes dimensions et à un coût de calcul réduit. Cette approche, bien que plus simplifiée, a permis d'évaluer la pertinence de modèles bas ordre.

Jury

Laurent Bricteux	Université de Mons	Rapporteur
Stéphane Aubert	Ecole Centrale de Lyon (LMFA)	Rapporteur
Guillaume Balarac	Grenoble INP – UGA (LEGI)	Examinateur
Laurent Gicquel	Cerfacs	Directeur de thèse
Nicolas Odier	Cerfacs	Encadrant de thèse