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Optimisation Rapide de Parcs d’HydroliEnnEs (ORPHEE)

Thèse de Favio Dominguez

Financement : Institut Carnot "Energies du futur" (collaboration HydroQuest)

La récupération, grâce aux hydroliennes, de l’énergie cinétique de courants marins et fluviaux constitue une source d’énergie renouvelable considérable et prédictible. Dans ce contexte, un programme de recherches, initié en 2001 au LEGI par Jean-Luc Achard (Labellisation TENERRDIS et financement ANR) a permis de développer un concept d’hydrolienne à Axe de Rotation Vertical Stabilisé (HARVEST). Le coût d’une simulation fine de l’écoulement (modèle 3D turbulent instationnaire URANS) autour d’une hydrolienne isolée de ce type est tel qu’il rend inenvisageable son extension au calcul d’un parc d’hydroliennes.
Le projet ORPHEE développe une chaîne de calcul pour évaluer à moindre coût les performances d’un parc d’hydroliennes dans une rivière de bathymétrie connue ou en milieu marin ; ce coût réduit autorise une optimisation du placement des machines par voie numérique. Cette chaîne de calcul s’appuie sur une modélisation de type « Blade Element Momentum » couplée avec programme numérique CFD (BEM-RANS) pour décrire le comportement hydrodynamique des rotors des différentes machines constitutant le parc hydrolien puisque le coût rédhibitoire d’une simulation standard est imputable à la description fine de ces rotors.
Le recours à une stratégie BEM-RANS pour décrire à moindre coût les effets de parties tournantes sur un écoulement turbulent est une démarche classique. L’originalité du projet ORPHEE réside dans son application spécifique à une machine à flux transverse d’une part et dans la construction sophistiquée des termes-sources associés au modèle BEM-RANS, à partir de l’exploitation systématique de simulations URANS d’une machine isolée soumise à une large gamme d’écoulements incidents, représentatifs de la présence d’autres machines.