Comparison of bathymetry variation effects on tidal turbine behaviour

Areas with strong tidal currents that can be exploited with tidal turbines often have complex bathymetries where the turbulent intensity of these currents can reach very high values. To study the effects of bathymetric variations on the operation of a tidal turbine, an experimental device has been developed in the Ifremer circulation basin. The wake of two kinds of bathymetries, a cylinder with a square base and a cube followed by this same cylinder, are characterized and compared from PIV measurement results. The results show that the wake of the cylinder is more energetic than that of the tandem configuration. The vortex structures that it emits rise to the surface unlike those resulting from the tandem, the cube preventing their development. The effects of these wakes on a tidal turbine are then observed. To this aim, a turbine is positioned successively at different positions in the wake of obstacles placed at the bottom of the basin. The results obtained show that the characteristics of the wake in terms of organization, integral length scale and vortex detachment frequency play a major role in the operation of a machine. It is therefore essential to know the characteristics of the operating conditions of tidal turbines in order to guarantee their long-term operation.

Les zones à forts courants de marée exploitables avec des hydroliennes présentent souvent des bathymétries complexes où l’intensité turbulente des courants peut atteindre des valeurs très élevées. Afin d’étudier les effets des variations de courants induites par les variations bathymétriques sur le fonctionnement d’une hydrolienne, un dispositif expérimental est développé dans le bassin à circulation de l’Ifremer. Le sillage de deux bathymétries, un cylindre à base carrée et un cube suivi de ce même cylindre, est caractérisé à partir de résultats de mesures PIV. Les résultats montrent que le sillage du cylindre est plus énergétique que celui de la configuration en tandem. Les structures tourbillonnaires qu’il émet remontent vers la surface contrairement à celles issues du tandem, le cube empêchant leur développement. Les effets de ces sillages sur une hydrolienne sont ensuite observés. A cette fin, une turbine est positionnée successivement à différentes positions dans le sillage des deux types d’obstacles étudiés précédemment. Les résultats obtenus montrent que les caractéristiques du sillage en terme d’organisation, d’échelle intégrale et de fréquence de détachement tourbillonnaire jouent un rôle majeur sur le fonctionnement d’une machine. Il est donc primordial de bien connaitre les caractéristiques des conditions de fonctionnement des hydroliennes pour garantir leur fonctionnement sur le long terme.