Analyse aérodynamique des parcs éoliens immergés dans une couche limite terrestre ayant différentes conditions de stabilité thermique

Ce travail présente une méthode numérique pour les prédictions des performances d'un parc éolien immergé dans une couche limite atmosphérique ayant différentes conditions de stratification thermique. L'écoulement autour de l'éolienne est représenté par les équations tridimensionnelles incompressibles stationnaires de Navier-Stokes, moyennées dans le temps par la procédure de Reynolds, couplées avec le modèle de turbulence k-epsilon. Les variations de densité sont introduites en utilisant l'approximation de Boussinesq et les termes de flottaison appropriés sont inclus dans les équations de k et epsilon. Une expression originale du coefficient de fermeture relatif au terme de production de turbulence due aux forces d'Archimède est proposée afin d'améliorer la précision des simulations. L'éolienne est représentée par le concept du disque actuateur. Par conséquent, l'action des pales sur le fluide est modélisée en introduisant des forces externes moyennées dans le temps dans les équations intégrales de quantité de mouvement. Ces forces externes sont évaluées en utilisant la théorie de l'élément de pale. Cette théorie utilise les coefficients aérodynamiques bidimentionnels déterminés expérimentalement. De ce fait, les effets tridimensionnels et de rotation ne sont pas pris en compte. Une sous-estimation de la puissance à haute vitesse est alors observée. Pour tenir compte de ces effets, un modèle de délai du décrochage a été sélectionné et implanté. Le modèle mathématique en résultant a ensuite été implanté dans le logiciel FLUENT. Les résultats obtenus montrent l'influence des différents schémas d'interpolation de la pression sur la prédiction des performances d'une éolienne. De plus, les différentes comparaisons montrent que la représentation de l'éolienne proposée dans cette thèse et implantée dans FLUENT est appropriée avec des prédictions en puissance en accord avec celles trouvées dans la littérature. D'autre part, les simulations montrent la pertinence des modifications apportées aux coefficients de fermeture du modèle de turbulence k-epsilon. Finalement, les résultats indiquent que le déficit de vitesse dans le sillage d'une éolienne est plus important en condition de stratification thermique stable qu'en condition de stabilité thermique instable, entraînant une variation importante des performances d'une éolienne placée dans le sillage direct d'une autre. L'évolution du déficit de vitesse simulé varie comme une fonction de..., ce qui est en accord avec les résultats expérimentaux