Trinôme : Etude de la machine et du transport sédimentaire engendré

Membres du trinôme :

Objectifs

Nos objectifs :

 

Source : EDIMBOURG - (Ecosse- Royaume Uni- U.E.) - 21/03/2011 - 3B Conseils - Par Francis Rousseau

 

Le trinôme sera principalement en charge de l’axe d’étude « Choix et mise en place des hydroliennes ». L’objectif principal à terme étant de pouvoir déterminer :

  • la machine la plus adaptée au potentiel énergétique du milieu,
  • leur agencement dans le parc hydrolien,
  • la mise en place d’un système de fixation assurant leur maintien.

Un autre point sera étudié en parallèle, il s’agit du transport sédimentaire engendré par les hydroliennes, cette tâche permettra ainsi de compléter le travail effectué par le binôme 1 sur l’étude d’impacts environnementaux.

Méthodologie

I- Caractérisation de la machine :

L’exploitation de l’énergie issue des courants marins étant pour le moment toujours à l’état d'étude, il n’y a donc pas de machine « type » ou « standardisée » qui conviendrait à la courantologie de la zone étudiée. En effet, il existe à ce jours une multitude de modèles ayant chacun des caractéristiques bien différentes. Contrairement à leurs voisines les éoliennes, les hydroliennes sont encore loin d'être industrialisées. Ainsi, une recherche bibliographique sera effectuée afin de déterminer quel prototype aurait un rendement optimal pour la gamme de courant définie par le binôme 2.

Afin de compléter les informations trouvées, nous pourrons aussi utiliser le contact que nous avons au sein du bureau d’étude Sabella, spécialisé dans les technologies marines. Ceci permettra aussi de binôme 2 d'estimer au mieux le coût du modèle d'hydrolienne choisi.

 

II- Agencement des machines :

Notre  objectif étant d'assurer l'indépendance électrique des îles du Ponant, il est évident qu'une seule hydrolienne ne sera pas suffisante. Le nombre de machines, fixé par la puissance globale à produire, est aussi conditionné par l'étendue, la surface de la zone d'étude considérée. Dès lors, l'agencement des hydroliennes au sein même du parc doit être étudié avec soin. En effet, grâce aux différents retours d’expériences issus de l’exploitation des champs éoliens, le constat suivant peut être effectué : un des paramètres les plus importants et impactant sur le rendement final du parc réside dans l’agencement des machines. En effet, la turbulence générée par la première rangée de machines, peut être à l’origine de la perte de 40% du potentiel énergétique pour la suivante.

Ce constat a été vérifié par plusieurs récentes expériences et études numériques sur les hydroliennes, montrant comment le sillage créé par une première rangée d'hydroliennes réduit considérablement la puissance cinétique récupérable par la seconde rangée en aval :

  • Paul MYCEK, Benoît GAURIER, Grégory GERMAIN, Corentin LOTHODÉ, Grégory PINON, Élie RIVOALEN (2013), Caractérisation Numérique et Expérimentale des Interactions entre deux Hydroliennes, publié dans "Paralia 6 (2013) 2.1-2.12".

http://hal.inria.fr/docs/00/87/40/89/PDF/Paralia_Mycek_et_al_2013.pdf

  • Mathilde BELHACHE, Sylvain GUILLOU, Dominique MOUAZE, Alina SANTA-CRUZ, Philippe GRANGERERT (2012), Etude numérique de l'intégration d'hydroliennes (à axe verticale) en courant giratoire, XIIeme Journées Nationales Génie Côtier - Génie Civil, édition Paralia CFL.

http://www.paralia.fr/jngcgc/12_89_belhache.pdf

 

Dans cette partie, en s'appuyant sur les articles scientifiques, nous tenterons de déterminer l'agencement optimal des machines au sein de notre zone d'étude. Pour cela, une étude 2D sera réalisée à l'aide de Ansys Fluent. Dans un premier temps en étudiant le sillage engendré par un disque rotatif et dans un second temps directement à partir de la géométrie de l'hydrolienne considérée. Nous tenterons aussi de corroborer ces résultats avec une étude sous OpenWind, un logiciel spécialement développé pour l'étude des fermes éoliennes. Nous tenterons de le modifier afin de l'adapter si possible aux hydroliennes.

 

III- Fixation des machines :

Ce sous-axe a pour principal objectif d’effectuer un bilan global des forces et actions s’exerçant sur l’hydrolienne afin d’utiliser les outils adéquats dans le but de garantir leur fixation. Ici, les outils à notre disposition seront principalement des données répertoriant les épisodes extrêmes de la zone d’étude, un bilan des forces sera ensuite effectué. Pour finir, une comparaison des différents moyens de fixation existant sera faite. L'objectif étant d'assurer le maintien des hydroliennes même en cas d'événements météorologiques extrêmes (tempêtes, grandes marées...) et ceci de la manière la plus économique possible.

 

IV- Transport sédimentaire :

Deux questions peuvent se poser dans ce sous-axe:

  • Impact du parc hydrolien sur des mouvements globaux de transport sédimentaire dans la zone
  • Affouillement à l'échelle d'une hydrolienne

Cette étude d’impact environnemental sera effectuée à l’aide du logiciel Telemac 2D et de son module de transport Sisyphe. La bathymétrie utilisée sera celle définie par le binôme 1, toutefois on portera un intérêt tout particulier à la conversion du système de coordonnées entre les logiciels ArcMap et Matisse (utilisé pour effectuer le maillage de notre zone).

Planning prévisionnel

Afin d'organiser notre travail de manière optimale au cours de ces six semaines de Bureau d'Etude Industriel, nous avons établi un diagramme de Gantt spécifique à notre trinôme. Ceci peut s'avérer bénéfique afin d'organiser de manière optimale les différentes tâches que nous aurons à réaliser mais aussi pour parer aux éventuels contre temps inhérents à la gestion de projet. Des réunions de groupes avec tous les autres membres du projet sont envisagées toutes les semaines. Ceci dans le but de mettre en commun les résultats obtenus et de faire le point sur les solutions à envisager pour répondre à la problématique qui a été fixée au départ.

L'ensemble des tâches présentées dans ce cahier des charges du trinôme 2, ainsi que la tenue du site internet sont envisagés comme étant le travail conjoint des trois acteurs concernés. Cependant un partage des tâches pourra s'effectuer si ces derniers le jugent nécessaire le moment venu. Ceci s'inscrirait dans un souci de rapidité et d'optimisation du temps de travail.

 

Situation dans la globalité du projet

Nous serons en contact avec les binômes tout au long des six semaines de ce projet à raison d'au moins une réunion chaque semaine.

En ce qui concerne l'interaction entre les sous-groupes, notre étude sur le choix de la machine sera en lien direct avec les résultats de la courantologie établis par le binôme 2. Réciproquement,  les caractéristiques de la machine que nous choisirons, leur seront indispensables pour établir le coût du projet dans sa globalité. Les interactions avec le binôme 2 seront primordiales pour nous permettre d'avancer efficacement dans notre travail.

Concernant le binôme 1, responsable des études d'impacts, nos résultats concernant le transport sédimentaire leur seront utiles pour quantifier et affiner leur conclusions sur les impacts environnementaux. De la même manière, les résultats concernant la modification de l'écoulement par la présence du parc hydrolien pourront leur être utiles pour leur étude d'impact sociologique (modification des zones de pêches par sillage des hydroliennes...).