Academic literature on the topic 'Hydroliennes – Essais'

Les hydroliennes font partie des dispositifs innovants d’énergie qui pourraient contribuer à ladiversification de la production d’électricité d’origine renouvelable. Les travaux réalisés dans le cadrede cette thèse avaient pour objet l’hydrolienne HARVEST, type d’hydrolienne constitué de turbines àflux transverse carénées ; il s’agissait, à partir d’un prototype complet, d’analyser l’interaction desdifférents phénomènes physiques mis en jeu et étudiés séparément jusqu’à lors, de valider les outilsnumériques développés au laboratoire LEGI et plus généralement de démontrer l’intérêt du concept.Ce prototype a été conçu, fabriqué, installé et testé dans un canal EDF à ciel ouvert situé près deGrenoble. Les résultats obtenus sont très encourageants en matière de performance énergétique, decomportement mécanique et de maîtrise de l’impact sur le cours d’eau. Ce mémoire se clôt par desconclusions d’ordre technologique des travaux présentés et sur une ouverture sur les possibilitésd’industrialisation du concept
Instream water turbines belong to the innovative energy which could contribute to the diversificationof renewable power sources. Works done during this thesis aims at contributing to the overallobjective of developing the HARVEST turbine, a cross flow ducted turbines concept, in realizing andtesting an entire prototype to demonstrate the value of the concept, to understand physicalphenomena involved and to validate the numerical applications developed in the laboratory LEGI.This prototype has been put and tested in an EDF open channel near Grenoble. The results are veryencouraging in terms of energy performance, mechanical behavior and control of the impact on thewater channel. This memory is ending with technological conclusions on the presented work andopenings on the possibilities of industrialization of the concept

$aCe manuscrit traite de la caractérisation numérique et expérimentale du comportement d’hydroliennes. D’un point de vue expérimental, des essais ont été réalisés au bassin à houle et courant de l’IFREMER de Boulogne-Sur-Mer, sur des maquettes d’hydroliennes tri-pales à axe horizontal. Des configurations comprenant une seule hydrolienne, d’une part, et deux hydroliennes alignées avec l’écoulement, d’autre part, ont été considérées pour une large gamme de TSR et, le cas échéant, de distances interhydroliennes. Le comportement des hydroliennes est analysé à la fois en termes de performances (coefficients de puissance et de traînée) et de développement du sillage. Les effets du taux de turbulence ambiante sont également examinés. Par ailleurs, des simulations numériques, obtenues à l’aide d’un code tridimensionnel instationnaire, fondé sur la méthode Vortex particulaire et développé au LOMC (UMR 6294, CNRS –Université du Havre) en partenariat avec l’IFREMER, sont présentées. Le code de calcul permet également d’étudier les performances et le sillage d’une hydrolienne. Ce dernier a été complètement réécrit dans le cadre de cette thèse et le support théorique et technique des différents aspects du code est fourni dans ce manuscrit, où la méthode Vortex telle qu’elle est utilisée dans le code est exposée en détail
This manuscript deals with the numerical and experimental characterisation of the behaviour of marine current turbines. In the experimental part, trials were run at IFREMER’s wave and current flume tank in Boulogne-Sur-Mer, on prototypes of three-bladed horizontal axis turbines. Configurations with one single turbine on the one hand, and two turbines aligned with the incoming flow on the other hand, were considered for a large range of TSRs and, when relevant, of inter-device distances. The behaviour of the turbines is analysed in terms of performances (power and thrust coefficients) and development of the wake. The effects of the ambient turbulence intensity rate are also considered. Besides, numerical computations, obtained from a tridimensional unsteady software, based on the Vortex particle method and developed at the LOMC (UMR 6294, CNRS – University of Le Havre) in partnership with IFREMER, are presented. The numerical tool also enables to study the performances and the wake of a turbine. It was rewritten during this PhD and its technical and theoretical support is available in the manuscript, where the Vortex method, as it is used in the software, is described in details

Cette maîtrise s’inscrit dans un projet multidisciplinaire de développement d’une hydrolienne à ailes oscillantes de seconde génération (HAO-2) au Laboratoire de Mécanique des Fluides Numérique (LMFN) de l’Université Laval. Cette hydrolienne complètement submergée est composée de quatre ailes assemblées sur une base par gravité. Ce mémoire comporte deux volets. Le premier porte sur la conception des circuits de couplage pilonnement-tangage et d’extraction d’énergie de la HAO. Les solutions proposées et une vision de la HAO-2 seront présentées en détail. Un banc d’essai expérimental est conçu pour reproduire le circuit de couplage et simuler le mouvement et les efforts sur une aile. Il permet de démontrer la faisabilité du système élaboré et de déterminer son efficacité. Différents actionneurs de tangage ainsi que différents joints d’étanchéité sont analysés. Seulement les composantes offrant les meilleures performances sont présentées dans ce mémoire. Pour le couplage, un rendement maximal de 80% est mesuré. La modélisation des circuits hydrauliques nécessaire au second volet du projet a été calibrée sur les données expérimentales, notamment le frottement dans les joints d’étanchéité. Le second volet vise à modéliser sur le plan économique un parc HAO à différentes échelles et selon différentes conditions d’opération. Le programme dimensionne l’hydrolienne en fonction des conditions d’opération, puis en estime son coût de fabrication et l’énergie produite annuellement. Il calcule aussi le coût d’installation des turbines, le coût du réseau électrique et de son installation et finalement les dépenses en opération et maintenance (O&M). Le modèle tient également compte de la valeur de l’argent dans le temps en utilisant la valeur présente équivalente. Deux critères de performance sont utilisés pour les comparaisons, le coût de production (CP) et le coût de l’énergie (CE). Par ces critères, plusieurs analyses de sensibilité sont réalisées sur les paramètres importants du modèle. Sans aucun doute, le coût de fabrication et les frais d’O&M dominent largement le coût de l’énergie d’une HAO. Un site d’exploitation en particulier est étudié, près de l’Isle-aux-Coudres, sur lequel un CE de 20 ¢/kWh est obtenu pour un parc de 80 HAO de 1.25MW chacune.
This master’s thesis is part of a multidisciplinary project to develop a second generation of tidal oscillating wings turbine (HAO-2) at Laboratoire de Mécanique des Fluides Numérique (LMFN) from Laval University. This tidal turbine completely submerged is composed of four wings assembled on gravity-based structure. This work has two parts. The first one focuses on the hydraulic circuit design of the pitch-heave coupling and the energy extraction system. Proposed solutions and a vision of the HAO-2 will be presented in detail. An experimental apparatus is designed to reproduce the coupling circuit and simulate the motion and forces on a wing. It allows to demonstrate the developed system feasibility and determine its efficiency. Various actuators and seals are analyzed. Only components with the best performances are presented in this paper. For the coupling system, a maximum efficiency of 80% is measured. Hydraulic modeling necessary for the second phase of the project has also been calibrated on experimental data, especially, friction in seals. The second part treats the economic modeling of a tidal turbine farm at different scales and in different operating conditions. The program designs the turbine depending on the operating conditions, and then, it estimates the construction cost and it calculates the annual energy extracted. It also calculates the installation cost, the electricity infrastructure and their installation cost and finally the operation and maintenance cost (O&M) throughout the farm life time. The model also takes into account the value of money over time by using the net present value. For the cases comparison, the production cost (CP) and the energy cost (CE) are used. Several sensitivity analyses are carried out on the important parameters of the model. As would be expected, the construction cost and the O&M cost are key factors governing the energy cost of HAO. A particular site is studied, near the Isle-aux-Coudres, which a energy cost about 20 ¢/kWh is obtained for a farm with 80 HAO of 1.25MW each.

Ce travail a pour objectif de caractériser par le biais de la modélisation expérimentale et numérique le comportement hydrodynamique d’une hydrolienne et les caractéristiques du sillage généré pour des conditions réalistes de fonctionnement. Les maquettes d’hydroliennes considérées sont des turbines tripales à axe horizontal de 0,7 m de diamètre. Une attention particulière est portée sur les effets des caractéristiques de l’écoulement sur les performances de la turbine, mais également sur le sillage géneré. Les essais sont menés au bassin d’essais d’Ifremer à BoulognesurMer et au canal de traction de Brest, où différents profils de courant, taux de turbulence de l’écoulement amont et conditions houle/courant ont été considérées. Les développements d’un code tridimensionnel basé sur les méthodes vortex, prenant en compte l’évolution instationnaire du sillage généré par une turbine sont présentés. Les résultats numériques obtenus sont comparés aux résultats expérimentaux, permettant de valider les outils en termes de rendement et d’évolution du sillage
This work aims to characterise by the means of experimental and numerical modeling, the behavior of marine current turbine and the characteristics of the wake generated under realistic inflow conditions. For that purpose, we used a tribladed horizontal axis turbine of 0. 7 m of diameter. Particular attention is paid to the flow characteristic effects on the efficiency of the turbine, but also on the generated wake. Tests are carried out in the Ifremer wave and current flume tank in Boulogne sur Mer and in the towing tank of Brest, taking into account current profils, upstream turbulence intensity level and disturbances generated by wave/current interaction. The development of a threedimensional software based on vortex methods, taking into account the non stationary evolution of the wake generated by a turbine is implemented. The obtained numerical results are compared to the experimental ones, making the validation of tools possible in terms of efficiency and of wake evolution

Les eaux françaises présentent un fort potentiel pour des applications hydroliennes. Dans ces zones à forts courants, d'intenses fluctuations de vitesse sont observées dans la colonne d’eau. Elles proviennent essentiellement des variations bathymétriques du fond marin et peuvent avoir un fort impact sur la production d’énergie et la fatigue des turbines. Afin de comprendre la génération de structures tourbillonnaires dans le sillage d’obstacles et de constituer une base de données pour des études numériques, les conditions rencontrées dans le Raz-Blanchard sont reproduites expérimentalement, dans un bassin à houle et à courant, en similitude de Froude et avec un nombre de Reynolds aussi élevé que possible. Dans cette étude, les variations bathymétriques réelles sont représentées à l'aide d'éléments canoniques : un cube, un cylindre, un plan incliné ou des combinaisons des trois. On distingue alors les variations bathymétriques supérieures à la moyenne (obstacle unique) des cas de rugosités moyennes (combinaison d’obstacles). Afin de caractériser le sillage derrière ces obstacles et d'étudier l’évolution de la turbulence dans la colonne d’eau, des mesures PIV et LDV sont réalisées pour différents taux de turbulence de l'écoulement amont. Les résultats montrent que le cylindre seul produit le sillage le plus étendu. Dans ce cas, de larges structures tourbillonnaires, remontant jusqu’à la surface, sont identifiées. Le développement de méthodes de traitement et d'analyse des données permettent de détecter les centres tourbillonnaires et de déterminer les propriétés de ces tourbillons. L'impact du sillage du cylindre sur le fonctionnement d’une hydrolienne tri-pales à axe horizontal est ensuite étudié. Suivant le positionnement relatif de la turbine par rapport à l'obstacle, l'hydrolienne peut subir de grandes amplitudes de chargements liées aux fluctuations de vitesse engendrées par l'obstacle dans l'écoulement. La mesure des efforts sur les pales et du comportement dynamique de la machine permettent de quantifier ces variations de chargements. Elles dépendent des structures tourbillonnaires impactant la turbine et du cisaillement du profil de vitesse. Ces résultats pourront être exploités pour de futures analyses de fatigue de pales ou autres composantes des hydroliennes
French waters have a strong potential for tidal turbines applications. In these areas of strong currents, intense velocity fluctuations are observed in the water column. They ultimately come from variations in seabed bathymetry and can have a strong impact on tidal turbine energy production and fatigue. In order to understand the turbulent structures generation in the wake of obstacles and to build a data base for future numerical studies, the Alderney Race conditions are reproduced experimentally, in a wave and current tank, in Froude similitude and with a Reynolds number as high as possible. In this study, real bathymetric variations are represented using canonical elements: a cube, a cylinder, an inclined plane or a combination of all three. Cases with bathymetric variations higher than average (obstacle alone) are differentiated from average rugosity cases (obstacles combined). In order to characterize the wake behind these obstacles and to study how turbulence evolve in the water column, PIV and LDV measurements are made for various turbulence rates of the incoming flow. Results show that the cylinder alone produces the most spread out wake. In that case, large scale turbulent structures, rising all the way to the surface, are identified. The development of processing methods and data analysis allows the detection of vortex centres and the determination of their properties. The cylinder wake impact on a tri-bladed horizontal axis turbine behaviour is then studied. Depending on the position of the turbine relative to the obstacle, the turbine can be subject to large amplitude loads due to velocity fluctuations generated by the presence of the obstacle in the flow. Force measurements on the blades and turbine dynamic behaviour characterization allow to quantify those load variations. They depend on the turbulent structures impacting the turbine and the shear in the velocity profile. The results obtained could be exploited for further fatigue analyses on blades or on other tidal turbine components

La thèse présentée dans ce document concerne la caractérisation du comportement d’une hydrolienne à membrane ondulante. Ce dispositif novateur utilise les instabilités de flottement d’une membrane semi-rigide précontrainte dans un écoulement pour capter l’énergie des courants marins. À partir d’une certaine vitesse critique de l’écoulement, une onde se propage le long de la structure, ce qui actionne des convertisseurs linéaires fixés sur celle-ci. Un modèle expérimental à échelle réduite 1/20eme est développé et testé en bassin d’essai. Le système de conversion est simulé par des amortisseurs hydrauliques. Les mesures de trajectoire et d’efforts permettent d’analyser la dynamique de la membrane pour un grand nombre de configurations et d’aboutir à une étude paramétrique. Des conditions réalistes d’écoulement sont étudiées, notamment l’influence de la direction du courant et celle de la houle sur le fonctionnement du système. La caractérisation du sillage est effectuée par mesures de vélocimétrie laser en 2D. Les effets d’échelle sont présentés à travers une comparaison des essais en bassin et en mer. Un modèle analytique et un modèle numérique sont développés et comparés avec les résultats d’expériences. Le modèle analytique linéaire est basé sur la théorie des poutres de Euler-Bernouilli et la théorie des profils minces de Lighthill. Il est résolu dans le domaine fréquentiel et donne de bons résultats en termes de fréquence d’ondulation et de vitesse critique. Le modèle numérique est fondé sur le couplage fort entre un code fluide basé sur la méthode vortex et un code structure utilisant les éléments finis en corotationnel. Ce modèle est validé sur un cas expérimental
The thesis presented in this document deals with the characterization of the behavior of an undulating membrane tidal energy converter. This kind of device uses the flutter instabilities occurring between a semi-rigid pre-strained membrane and a fluid flow in order to convert the sea currents energy. Above a certain critical flow speed, the structure undulates, thus activating the linear converters fixed on it. In order to study this system, an experimental model is developed and tested in a flume tank. The power conversion system is simulated by hydraulic dampers. The membrane’s dynamics is analyzed in many configurations through trajectory and force measurements, and leads to a parametric study. More realistic flow conditions are also studied, such as the impact of current direction influence and the influence of surface waves on the behavior of the system. Wake characterization is carried out with two-dimensional PIV measurements. Scale effects and confinement are also studied through a comparison with a bigger scale prototype tested in tank and at sea.In addition to the experimental study, an analytical model and a numerical model are developed and compared with experiments. The linear analytical model is based on Euler-Bernouilli’s beam theory and on Lighthill’s slender body theory. It is solved in the frequency domain and gives good undulation frequency and critical speed results. The numerical model uses strong interactions between a fluid code using the vortex method and a structure code based on corotationnal finite elements. This model is validated on an experimental case

Cette thèse présente les trois approches : analytique, expérimentale et numérique développées pour étudier le comportement d'une hydrolienne à membrane ondulante. Cette technologie, portée par l'entreprise EEL Energy, est basée sur les déformations périodiques d'une structure flexible pré-contrainte. Des convertisseurs d'énergie, positionnés de part et d'autre du système, sont actionnés par le mouvement d'ondulation.Analytiquement, la membrane est représentée par un modèle linéaire de poutre à une dimension et l'écoulement par un fluide potentiel 3D. L'action du fluide sur la membrane est évaluée par la théorie des corps élancés. L'énergie est dissipée de façon continue sur la longueur de la membrane. Expérimentalement, un prototype à l'échelle 1/20ième a été développé, des micro-vérins permettent de simuler l'énergie produite. Les essais avec le prototype1/20ième ont permis de valider le concept d'hydrolienne à membrane ondulante et le mode de récupération d'énergie. Un modèle numérique 2D éléments finis a été mis au point. Chaque élément constitutif de la membrane y est reproduit, la dissipation d'énergie est réalisée par des éléments dissipatifs mais la loi d'amortissement est limitée à un amortissement linéaire en vitesse.La comparaison des résultats issus de ces trois modèles a permis de valider leur bonne capacité à reproduire le comportement de la membrane sans conversion d'énergie. La dissipation d'énergie appliquée avec le modèle analytique se distingue clairement des deux autres modèles de part sa localisation mais aussi par la loi d'amortissement utilisée. Les autres modèles sont cohérents entre eux et si on ne parvient pas à corréler les résultats de puissance dissipée, le comportement du système et la répartition de la puissance dissipée le long de la membrane sont semblables. Ces trois approches ont permis de mettre en avant les paramètres clés dont dépend le comportement de la membrane et l'étude paramétrique démontre la complémentarité et l'intérêt du développement conjoint des modèles dans un souci industriel d'optimisation du système. Le développement d'un prototype à l'échelle supérieure (1/6ème), devant faire le lien entre les essais en bassin et les essais en mer, a permis de travailler sur les effets d'échelle. Des différences de comportements sont observées entre ces deux prototypes mais elles sont dues en partie à des différences de conditions aux limites et en partie à des effets de confinements très importants. Pour évaluer la tenue sur le long terme du prototype, ses composants (composite, élastomère) ont été caractérisés précisément et des essais de vieillissement accéléré par température ainsi que des essais de fatigue ont été mis en place sur des échantillons de matière
This manuscript presents three approaches : analytical, experimental and numerical, to study the behavior of a flexible membrane tidal energy convertor. This technology, developed by the EEL Energy company, is based on periodic deformations of a pre-stressed flexible structure. Energy convertors, located on each side of the device, are set into motion by the wave-like motion.In the analytical model, the membrane is represented by a linear beam model at one dimension and the flow by a 3 dimensions potential fluid. The fluid forces are evaluated by the elongated body theory. Energy is dissipated all over the length of the membrane. A 20th scale experimental prototype has been designed with micro-dampers to simulate the power take-off. Trials have allowed to validate the undulating membrane energy convertor concept. A numerical model has been developed. Each element of the device is represented and the energy dissipation is done by dampers element with a damping law linear to damper velocity.Comparison of the three approaches validates their ability to represent the membrane behavior without damping. The energy dissipation applied with the analytical model is clearly different from the two other models because of the location (where the energy is dissipated) and damping law. The two others show a similar behavior and the same order of power take off repartition but value of power take off are underestimated by the numerical model. These three approaches have allowed to put forward key-parameters on which depend the behavior of the membrane and the parametric study highlights the complementarity and the advantage of developing three approaches in parallel to answer industrial optimization problems.To make the link between trials in flume tank and sea trials, a 1/6th prototype has been built. To do so, the change of scale was studied. The behavior of both prototypes is compared and differences could be explained by differences of boundary conditions and confinement effects. To evaluated membrane long-term behavior at sea, a method of aging accelerated by temperature and fatigue tests have been carried out on prototype materials samples immerged in sea water

Limiter le réchauffement climatique nécessite, entre autres adaptations, une réduction substantielle de l'utilisation des énergies fossiles et une électrification généralisée basée sur des systèmes de production faiblement émetteurs de gaz à effet de serre. Dans ce contexte, l'exploitation de l'énergie des courants de marée et autres énergies marines renouvelables gagne en intérêt. Ainsi, la dernière décennie a vu les premiers essais en mer de plusieurs concepts d'hydroliennes. Parmi eux, la première hydrolienne carénée à double axe vertical de 1 mégawatt, développée par HydroQuest, a été testée au large de l'île de Bréhat, en Bretagne, de 2019 à 2021. Dans la perspective des prochaines générations de turbines, l'entreprise souhaite améliorer ses outils de conception expérimentaux et numériques afin de gagner en confiance dans sa capacité à prédire les performances et les chargements mécaniques à l'échelle réelle à partir des expériences à échelle réduite. Cela ne peut se faire qu'en comparant les résultats obtenus en mer à ceux obtenus en laboratoire afin d'évaluer les potentiels effets d'échelle. Par conséquent, nous commençons ce mémoire par l'analyse des mesures en mer pour caractériser le comportement du prototype in-situ. Ensuite, nous étudions la réponse d'une maquette à l'échelle 1/20 de ce prototype à partir d'essais réalisés dans le bassin à houle et courant de l'Ifremer à Boulogne-sur-mer. Nous considérons de nombreuses conditions d'écoulement, allant de conditions idéales vers des conditions plus complexes et réalistes. Au-delà de la comparaison des résultats entre échelle réduite et échelle réelle, les analyses présentées dans cette thèse visent également à mieux comprendre l'influence de chacune des caractéristiques de l'écoulement des courants de marée sur le comportement de l'hydrolienne carénée. À partir de mesures de puissance, d'efforts et de sillage, nous étudions les effets du cisaillement de l'écoulement incident, de sa direction relative, de la turbulence générée par des obstacles bathymétriques et des vagues en surface sur la réponse de la maquette. Les résultats montrent que la génération de puissance est, en moyenne, insensible aux conditions d'écoulement incidentes alors que les fluctuations de puissance et d'efforts peuvent être fortement affectées. Enfin, nous discutons des effets d'échelle, notamment de l'influence du nombre de Reynolds, en comparant les résultats en bassin d'essais à ceux obtenus sur le prototype en mer. Les résultats permettent d'affiner la correction qu'il convient d'appliquer aux mesures à échelle réduite pour prédire la génération de puissance à échelle réelle. Bien que les efforts et le sillage semblent moins affectés par les effets visqueux, une comparaison détaillée avec les résultats à échelle réelle nécessiterait des améliorations sur les mesures en mer afin de mieux quantifier les potentiels effets d'échelle. Ces améliorations pourront être mises en œuvre dans les années à venir avec le lancement de la prochaine génération d'hydroliennes à double axe vertical
Limiting human-caused global warming requires, among other adaptations, a substantial reduction of fossil fuel use and a widespread electrification based on low greenhouse gas emission production systems. In this context, harnessing the tidal current energy and other marine renewable energy sources has gained interest for the last decade, which lead to the first offshore tests for several tidal energy converter concepts. Among them, the first 1 megawatt ducted twin vertical axis tidal turbine prototype, developed by HydroQuest, was tested off the northern coast of Brittany, France, from 2019 to 2021. In the prospect of the next turbine generations, the company wants to improve its experimental and numerical design tools to gain confidence in its capacity to predict the full-scale performance and loads from the experiments at reduced-scale. That can only be done by comparing the results obtained at sea to those obtained in the laboratories to assess the potential scale effects. Therefore, we first analyse the measurements at sea to characterise the behaviour of the prototype. Then, we study the response of a 1/20 scale model of that prototype tested in the Ifremer wave and current flume tank in Boulogne-sur-mer, France. We consider many flow conditions, increasing the complexity from idealised towards more realistic conditions. Beyond the comparison between reduced- and full-scale results, the analyses presented in that thesis also aim at better understanding the influence of each of the tidal current flow characteristics on the ducted turbine. In more details, from power performance, loads and wake measurements, we study the effects of the incident flow shear, of the relative flow direction, of the turbulence generated by bathymetry obstacles and of surface waves on the model response. The results show that the average power performance is rather insensitive to the incident flow conditions whereas the power and load fluctuations can be strongly affected. Finally, we discuss the scale effects on the results by comparing the power performance, the loads and the wake results in the tank with those obtained on the prototype at sea. The results allow to refine the evaluation of the correction needed at reduced-scale to predict the power performance at full-scale, mainly due to Reynolds number difference. Even if the loads and the wake results seem less affected by the viscous effects, a detailed comparison with the full-scale results would require improvements on the measurements at sea to better quantify the potential scale effects. Those improvements may be implemented in the coming years with the launch of the next generation of twin vertical axis tidal turbines

Ce manuscrit traite de la caractérisation numérique et expérimentale du comportement d'hydroliennes. D'un point de vue expérimental, des essais ont été réalisés au bassin à houle et courant de l'IFREMER de Boulolgne-Sur-Mer, sur des maquettes d'hydroliennes tri-pales à axe horizontal. Des configurations comprenant une seule hydrolienne, d'une part, et deux hydroliennes alignées avec l'écoulement, d'autre part, ont été considérées pour une large gamme de TSR et, le cas échéant, de distances inter-hydroliennes. Le comportement des hydroliennes est analysé à la fois en termes de performances (coefficients de puissance et de traînée) et de développement du sillage. Les effets du taux de turbulence ambiante sont également examinés. Par ailleurs, des simulations numériques, obtenues à l'aide d'un code tridimensionnel instationnaire, fondé sur la méthode Vortex particulaire et développé au LOMC (UMR 6294, CNRS - Université du Havre) en partenariat avec l'IFREMER, sont présentées. Le code de calcul permet également d'étudier les performances et le sillage d'une hydrolienne. Ce dernier a été complètement réécrit dans le cadre de cette thèse et le support théorique et technique des différents aspects du code est fourni dans ce manuscrit, où la méthode Vortex telle qu'elle est utilisée dans le code est exposée en détail.

Pour faire face au réchauffement climatique, une transition énergétique de grande ampleur est impérative. Pour les pays disposant de vastes zones maritimes, comme la France, les Energies Marines Renouvelables (EMRs) peuvent constituer une part significative d’énergie à bas carbone. Les EMRs peuvent être produites à partir de la houle, du vent, des gradients de salinité… Dans cette thèse, nous nous focalisons sur l’énergie des courants de marée et leur exploitation par les hydroliennes. Cette technologie est aujourd’hui en phase pré-industrielle.Dans ce travail de thèse, un outil d’aide à la décision destiné à l’optimisation de l’architecture des parcs d’hydroliennes est développé. Cet outil nommé OPTIFARM tient compte de l’hydrodynamique du site, des coûts d’investissement et des opérations de maintenance, des pertes d’énergie de production dues aux effets de sillage ainsi que des pertes d’énergies dans le réseau électrique. L’outil permet de déterminer de manière optimale le nombre et les positions des hydroliennes et des sous-stations électriques offshores ainsi que la topologie de raccordement électrique en AC. OPTIFARM est basé sur un algorithme génétique et un algorithme d’optimisation par essaim particulaire. La méthode d'optimisation développée est appliquée à deux sites hydroliens français : le Raz-Blanchard (situé entre l'île d'Aurigny et le Cap de la Hague) et le passage du Fromveur (situé en mer d'Iroise) qui représentent respectivement le premier et le deuxième plus grand gisement hydrolien en France. Les résultats montrent que le coût de production de l'énergie diffère considérablement d'un site à l'autre et qu'il dépend fortement de la taille du parc
Renewable Energies (MREs) can contribute significantly to the energy mix. MREs can be produced from different sources, among them tidal energy – the focus of this work – has aroused major interest from industrialists and decision-makers.In this thesis, a decision support tool for the optimization of the architecture of tidal farms is developed. The optimization tool, named OPTIFARM, takes into account the hydrodynamics of the site, the investment and maintenance costs, the loss of production caused by the wake effect and the energy loss in the electrical network. The tool allows determining the optimal number and positions of tidal turbines and offshore substations in the farm as well as the optimal AC electrical connection topology of the tidal farm network. The optimization tool relies on a genetic and a particle swarm optimization algorithms. OPTIFARM is applied to two French tidal energy sites: the Alderney Race located between the Alderney Island and Cap de la Hague, and the Fromveur Strait located in the sea of Iroise. Those sites represent respectively the first and the second greatest tidal potential in France. The results show that the energy production cost considerably differs from one site to another and it strongly depends on the size of the farm