Recherche sur l’impact des hydroliennes marines

Ce projet de Recherche est porté par Alina Santa-Cruz du LUSAC : Laboratoire universitaire des sciences appliquées de Cherbourg

En quoi consiste le projet MULTI ROTORS ?

Le projet porte sur les effets de blocage dans le fonctionnement des hydroliennes marines de type Systèmes Multi Rotors. On propose de mettre en place une approche expérimentale de mesure en tunnel hydrodynamique afin de caractériser les chargements hydrodynamiques sur un modèle réduit de Système Multi Rotors en présence d’un fond complexe. Ces résultats permettront de mieux comprendre les processus en jeu.

Quel est le contexte et quels sont les besoins identifiés ?

Dans le contexte de déploiement des énergies marines renouvelables, les travaux autour de l’énergie des courants de marée est pertinente, du fait de sa prédictibilité et de sa participation à l’accroissement du mix énergétique vers zéro émission carbone. Parmi les divers démonstrateurs qu’on trouve aujourd’hui, on trouve des hydroliennes mono turbine de grande taille et posées sur les fonds marins. D’autres concepts proposent des systèmes à plusieurs rotors, à axes horizontaux, de taille plus modeste, situés à proximité de la surface.
Actuellement certains de ces Systèmes Muti-Rotors sont en cours de test, par exemple les dispositifs de SCHOTTEL HYDRO ou de ORBITAL.

Les sillages générés par ce type de systèmes, soumis aux effets des courants et de la turbulence ambiante, sont fortement impactés par les effets de blocage générés par la présence de plusieurs rotors très proches dans un même système.
La présence d’un grand nombre de turbines mono rotor, au sein d’une ferme, induit un effet de blocage sur l’écoulement, qui se traduit par une accélération du flux entre les turbines incrémentant potentiellement la production d’énergie. Ce sujet a été étudié, entre autres au sein du LUSAC, sous une approche numérique. Chaque turbine génère un sillage turbulent susceptible d’impacter une turbine placée en aval. Les turbines mono rotor en parc sont soumises à de la turbulence ambiante, celle induite par les fonds marins.
Notons cependant que les effets de blocage pour les Systèmes Multi Rotor ont été peu étudiés dans des configurations réalistes. Dans ce cadre spécifique, la première question concerne la caractérisation des effets de blocage induites par la pluralité des rotors des Systèmes Multi Rotors sur leur structure et leur productible. La deuxième question est d’évaluer la capacité des tourbillons générés par le fond à impacter ces Structures.
Ces travaux font l’objet d’un travail de thèse, qui aura lieu au sein de l’équipe « écoulements et environnement ». Les travaux expérimentaux seront menés dans le Tunnel Hydrodynamique du LUSAC.

Quel est l’objectif du projet ?

Afin de répondre à ces questions, le projet propose de mettre en place une approche expérimentale de mesure en tunnel hydrodynamique du LUSAC. Les chargements hydrodynamiques sur un modèle réduit de Système Multi Rotors en présence d’un fond complexe, ainsi que les écoulements seront caractérisés expérimentalement. L’exploration de l’écoulement se fera par vélocimétrie d’images de particules, permettant de voir ainsi l’impact du fond complexe sur la turbulence ambiante et son interaction avec le système Multi Rotors. La mesure des efforts hydrodynamiques se fera par jauges d’extensométrie. Ces résultats permettront d’une part de mieux comprendre les processus physiques mis en jeu, notamment ceux en lien avec le blocage et l’accélération des flux entre les divers rotors du système. A postériori, une collaboration avec des chercheurs de l’université du Manitoba travaillant dans le site de Grand Passage (au Canada) est envisagée pour travailler sur des données obtenues expérimentalement avec un Système Multi Rotor à l’échelle 1.

Quelles sont les retombées attendues du projet ?

Au cours des dernières années, notre équipe a développé des applications expérimentales, ce projet devrait nous permettre d’observer une progression sur la mesure des efforts sur les hydroliennes.
On devrait pouvoir transposer notre background aux sujets problématiques liées à l’impact de la turbulence ambiante et l’effet du blocage du cas des mono-turbines vers les Systèmes Multi Rotors. Ceci nous permettra de contribuer à l’optimisation de systèmes de captage d’énergie, qui ont été peu explorés jusqu’ici.

• Les données expérimentales obtenues via ce projet, serviront à établir ultérieurement un jumeau numérique, jalon nécessaire pour pouvoir passer à une étude en échelle 1.
• Cette étape nous permettrait d’élargir nos collaborations, en travaillant, par exemple, avec nos collègues du site du Grand Passage (Canada) autour des dispositifs à échelle 1.
• Les résultats obtenus, feront l’objet de publications scientifiques.
• Nos travaux feront également l’objet de divulgation vers un public de professionnels spécialisés dans le domaine des énergies renouvelables.

• Nous participerons, au Forum Seanergy et / ou au Salon-Conférence ICOE, « international conference on ocean energy » en communiquant par la présentation de posters et/ou présentation orale.
• Notre participation à des événements tels que la Fête de la Science ou d’autres présentations devant du public lycéen, nous permettra de vulgariser le projet auprès d’un auditoire non spécialisé.

Les partenaires du projet

• La Communauté d’Agglomération du Cotentin et
• La Région Normandie (par le biais de d’une gestion déléguée à l’université de Caen)
• La Fondation 1432
  

Le montant global du projet est de 142 000€

Financement du projet MULTIROTORS par la Fondation 1432 : 17 000€