Centraliens - La revue des Arts et Manufactures - Juillet 2013 / N°627 - 32

Dossier

Modélisation numérique
et expérimentale
Besoins

Déferlement des vagues au voisinage d’une fondation d’éolienne

Mouvemement d’un flotteur houlomoteur
et de son ancrage dans la houle

Dans tous les domaines innovants, passer
de l’idée originale de principe à la réalité
industrielle nécessite de disposer de moyens
d’évaluation, d’optimisation adaptés aux différentes étapes de la conception. Bien évidemment la base est la connaissance et l’expertise
humaines. Mais rapidement il faut pouvoir
quantifier les performances et la fiabilité des
systèmes à l’aide d’outils de modélisation des
phénomènes physiques en jeu.
Les besoins de la construction navale puis de
l’ingénierie offshore oil&gaz ont été à l’origine,
depuis plus de 40 ans, du développement de
bassins de houle, ou de génie océanique, très
utilisés pour les essais sur modèle. Les plus
importants en France sont opérés par la DGA,
Ifremer, l’Ecole Centrale de Nantes ou le BGO
First. Plus récemment, et comme dans les
domaines industriels, l’utilisation de la simulation numérique s’est fortement développée que
ce soit pour la prédiction des conditions d’environnement ou pour les écoulements fluide et
la réponse dynamique des structures.
Dans leur diversité, les EMRs se rapprochent
fortement de l’offshore pétrolier, chaque projet
nécessitant une adaptation des architectures. Il
était naturel que l’ingénierie des EMRs s’appuie
donc sur le background de l’ingénierie offshore, même si des adaptations importantes
sont apparues nécessaires.
Dans le processus de conception deux grandes
familles de moyens sont utilisés : la modélisation numérique pour optimiser les systèmes
(hydrodynamique, structure, composants
électriques) et la modélisation expérimentale
pour identifier les problèmes principaux et
valider les modèles numériques.

Modélisation numérique

Mouvemement d’un flotteur houlomoteur et de son ancrage
dans la houle
Modèle de simulation pour éolienne flottante

La modélisation numérique reste le moyen
de base de la conception des systèmes EMRs.
L’utilisation de modèles de calcul standards
reste difficile tant les spécificités sont diverses.
Suivant les technologies étudiées, soit des
modèles numériques sont entièrement développés, soit des modèles existants sont adaptés.
Ces modèles font appel à la représentation des
écoulements, induits par la houle en particulier, à la représentation des réponses structurelles. Le couplage fluide-structure est donc
omniprésent avec une particularité supplémentaire qui est le contrôle commande (rota-

tion des éoliennes et des hydroliennes, stabilisation ou amplification des mouvements dans
la houle, maintien en position).
Quelques exemples de simulations sont donnés :
❚ imulation d’un champ de vagues. Impact
S
des vagues sur une fondation d’éolienne
❚ ouvement d’un houlomoteur
M
❚ onctionnement d’une éolienne flottante
F
Qui dit modèle numérique dit hypothèses
vis-à-vis des phénomènes physiques que l’on
cherche à représenter. Ces hypothèses doivent
être justifiées au minimum a posteriori et les
résultats obtenus doivent être assortis d’un niveau de précision et d’un domaine de validité.
C’est cet aspect crucial qui conduit à la mise en
place de projets de R&D génériques pour qualifier à la fois la validité des modèles et également les méthodologies de mise en œuvre. Ces
projets associent les développeurs des modèles
et les concepteurs. Des démarches de ce type
sont engagées dans le cadre de l’IEED France
Energies Marines ou de l’IRT Jules Verne,
entre autres.

Modélisation expérimentale
Puisqu’il est utopique de tester des systèmes de
production en conditions réelles dans la première phase de conception, pour des raisons
de risque et de coût, les essais expérimentaux
sont réalisés en bassin de houle et de courant
sur modèle réduit.
La mise en œuvre d’un bassin d’essais repose
sur l’objectif principal d’étudier le comportement d’une machine, et d’estimer ses performances, à l’aide d’un modèle placé dans
les conditions environnementales simulées
et contrôlées. Il s’agit ainsi de reproduire au
mieux et de façon réaliste le dispositif récupérateur d’énergie, de mesurer des grandeurs
physiques permettant de décrire le système
puis de comparer ces données aux résultats des
études numériques. Dans ce contexte, le bassin
d’essais le plus approprié se trouve alors être un
bassin dit de génie océanique.
Un bassin de génie océanique est une cuve
contenant habituellement de l’eau douce et
doté sur un ou des côtés de dispositifs de génération de vagues. Les vagues peuvent se propager selon une seule direction (dans l’axe du
bassin) ou selon plusieurs directions (houles
multidirectionnelles). Elles sont absorbées sur
les autres parois par un système se comportant comme une plage sur laquelle les vagues
Centraliens no627 [Juillet 201
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