Développement de modèles numériques Lagrangiens pour la simulation du comportement d'hydroliennes | Development of Lagrangian numerical methods for tidal turbine simulation

In the current context of diversification of renewable energies, tidal turbines are set to occupy an important niche, and numerical simulation is a crucial tool for their investigation. The in-house simulation code DOROTHY developed in collaboration between IFREMER and LOMC uses the Vortex Particle Method offering a good compromise between physical realism and and computational time. Some additional developments are required in order to make of this software a fully rounded numerical tool able to mimic advanced realistic configurations. Firstly, an important overhaul of its computation of loads has been undertaken, including a new framework to represent the previously simplified and now fully-rendered turbine blades. This endeavour includes the mathematical justification, investigation, and preliminary validation of additional integral methods accounting for the turbine body. Secondly, the importance of the impact of ambient turbulence on the wake interaction and power output within a turbine farm cannot be ignored. This element is introduced using a Synthetic Eddy Method uniquely adapted to the present Lagrangian framework. All aspects of this method as well as a promising alternative are closely examined, culminating in the demonstration of its capabilities for the simulation of the flow and prediction of detrimental interaction effects throughout a projected four turbine pilot farm configuration.

Dans le contexte actuel de diversification du panel d’énergies renouvelables, les hydroliennes sont sur la voie pour occuper une niche importante, et la simulation numérique est un outil essentiel pour leur étude. Le code de simulation DOROTHY, développé en collaboration entre l’IFREMER et le LOMC, utilise la méthode Vortex particulaire, qui offre un bon compromis entre réalisme physique et temps de simulation. Des développements supplémentaires sont nécessaires pour faire de ce logiciel un outil complet capable de simuler des configurations réalistes. Tout d’abord, une révision en profondeur du calcul d’efforts a été entreprise, comprenant un nouveau formalisme pour la représentation jusqu’ici simplifiée et à présent fidèlement détaillée des pales de la turbine. Cette contribution inclut la justification mathématique, l’étude, et la validation préliminaire de méthodes intégrales supplémentaires pour la prise en compte du corps de l’hydrolienne. Par ailleurs, l’importance de l’impact de la turbulence ambiante sur l’interaction de sillages et la production de puissance au sein d’une ferme d’hydroliennes ne peut être ignorée. Cet élément est introduit avec l’utilisation d’une méthode synthétique de la turbulence, adaptée pour une prise en compte Lagrangienne. Tous les éléments de cette méthode ainsi qu’une alternative prometteuse sont examinés soigneusement, aboutissant à la démonstration de ses capacités à simuler l’écoulement et prédire des effets indésirables au travers d’une configuration de ferme pilote hydrolienne de quatre machines.