Laboratoire Comportement des Structures en Mer

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1 Laboratoire Comportement des Structures en Mer
Activités de Recherche pour le développement des Energies Marines Renouvelables Laboratoire Comportement des Structures en Mer

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3 Monitoring (capteurs) (Techno sous-marines)
Action de l’environnement et réponse des dispositifs convertisseurs Monitoring (capteurs) (Techno sous-marines) Impacts Ressource Ecoulement Connection au réseau Machine + Conversion Electricité Fonctions de transfert et de contrôle Autres formes d’énergie: Hydraulique, H2, … Ancrage Energie potentielle à terre (stockage) Environnement de forçage Convertisseur houlomoteur Bilboquet

4 Action de l’environnement et réponse des dispositifs convertisseurs
Moyens d’essais Hydrodynamique : Boulogne sur Mer Hydrodynamique : Brest Matériaux : Brest Caractérisation de l’environnement de forçage Caractérisation des systèmes de vagues et modélisation des états de mer Description statistique de l’environnement de forçage Variabilité des courants de forte intensité

5 Action de l’environnement et réponse des dispositifs convertisseurs
Modélisation numérique Modélisation Expérimentale B.E.M Essais et mesures en mer Hydrodynamique et matériaux échelle réduite échantillons - composants Particles methods WINFLO Nécessité d’une caractérisation fine et adaptée de l’environnement de forçage

6 Bassin d’essais de Brest
Générateur de houle 7800 m3 d’eau de mer filtrée et chlorée Passerelle motorisée : Vitesse max = 1,5m/s Accélération maximale : 0,4 m/s2 Charge maximale : 600 daN à 3 m de profondeur à 1.5m/s

7 Bassin d’essais de Brest
Générateur de houle - Générateur hydraulique type « coin » Houle monodirectionnelle Houle régulière et irrégulière. Hauteur max : 55cm crêtes à creux. Périodes de 0.8 à 3,5 secondes.

8 Bassin d’essais de Brest
Générateur de vent Vent constant 3.3m Vue éclatée de la soufflerie 4.4m Vent constant cisaillé Vent à vitesse variable Essais Winflo

9 Bassin d’essais de Brest
Hexapode Générateur de mouvements à 6 degrés de liberté Axe Course Vitesse Accélération Tx ± 460 mm ± 1 m/s 10 m/s² Ty Tz ± 0,65 m/s 8 m/s² Rx ± 30 ° ± 50 °/s 500 °/s² Ry Rz ± 70 °/s 700 °/s² Positionnement Vérification d’instrumentation Génération de mouvements forcés

10 Exemple d’études hydrodynamiques pour les EMR
Bassin d’essais de Brest Exemple d’études hydrodynamiques pour les EMR Essais MERIFIC (2012 – 2013). Influence des ancrages sur la réponse d’une structure flottante soumise à de la houle Maquette 1/5e de la bouée SWMTF Suivi des mouvements des lignes d’ancrages Vue sous marine des lignes d’ancrages

11 Exemple d’études hydrodynamiques pour les EMR
Bassin d’essais de Brest Exemple d’études hydrodynamiques pour les EMR Essais SDK Rendement d’un convertisseur houlomoteur ©Ifremer O. Dugornay

12 Bassin d’essais de Brest
Exemple d’études hydrodynamiques pour les EMR Essais Tetrafloat Support d ’Eolienne flottante

13 Bassin d’essais de Boulogne sur Mer
©Ifremer O. Dugornay

14 Bassin d’essais de Boulogne sur Mer

15 Interactions entre hydroliennes et effets de sillage
Bassin d’essais de Boulogne sur Mer Interactions entre hydroliennes et effets de sillage © SERG (UK) © TGL (UK) © SERG (UK)

16 Bassin d’essais de Boulogne sur Mer
Turbulence contrôlée Turbine Southampton - Turbulence faible Turbine Southampton – Turbulence élevée © SERG (UK) © SERG (UK) Increasing the turbulence intensity from 6% to 15% reduces the turbine power coefficient by approximately 7%

17 Evaluation de la ressource et de la puissance extractible
L’optimisation d’un convertisseur houlomoteur passe par une conception du système (et si besoin des procédures de contrôle associées) telle que la réponse du convertisseur soit efficace et optimale sur la plus large étendue possible de la bande spectrale des états de mer rencontrés. De fait, il est nécessaire pour la conception et l’optimisation de ces structures, de disposer d’une description adaptée de la distribution spectrale de l’énergie des vagues au sein des états de mer, en particulier dans les zones où la climatologie est dominée par des états de mer complexes.

18 Evaluation de la ressource : Densité spectrale de puissance
S(f,q)

19 Spectre théorique équivalent SJONSWAP(Hs, TP, g)
Evaluation de la puissance extractible Spectre réel Spectre théorique équivalent SJONSWAP(Hs, TP, g) Importance d’une description réaliste du contenu spectral Identification des systèmes de vagues au sein de l’état de mer

20 Evaluation de la puissance extractible
Spectre réel Vs Spectre théorique équivalent SJONSWAP(Hs, TP, g) Pef/Pjonswap=96,8% en moyenne Importantes erreurs instantanées

21 HOMERE Base de données d’états de mer
WWIII® , Vent CFSR, courants de marée et niveaux 19 années de données (1994 – 2012) En chaque point de la grille de calcul (~ ) : Paramètres globaux (Hs, Tp, Te, CgE,….) Spectres fréquentiels S(f) Paramètres associés aux systèmes de vagues >4000 Spectres directionnels

22 Partitionnement des spectres de vagues
Vent Hs Total Hs Mer du vent Hs Houle

23 Partitionnement des spectres de vagues
WS 16,9% SW 15% WS+SW 21% 2 SW 10,9% WS+2SW 14,1% Autres 15,2%

24 Définition des conditions environnementales extrêmes
Loi jointes pour les extrêmes Contours environnementaux (I-FORM) Prise en compte de la directionnalité (vent, vague, courant) Contours directionnels Contour centennal 3-D (vent, vague, courant)

25 Caractérisation de la variabilité des courants de forte intensité pour le dimensionement d’hydroliennes

26 Turbulence et variabilité des Courants
Sites d’exploitation de l’énergie des courants de marée à l’aide d’hydroliennes: zones de profondeur limitée (30 m à 50 m) courants de forte intensité (~4m/s). Sur ces sites, l’écoulement dans la tranche d’eau est le plus souvent turbulent : rugosité sur le fond variations de la bathymétrie cinématique et dynamique liées à l’interaction avec la houle. Cette turbulence de l’écoulement est relativement mal connue, en particulier aux échelles métriques et décamétriques susceptibles d’altérer la réponse des machines, à la fois en terme de production (rendement) et de fatigue structurelle.

27 Turbulence et variabilité des Courants
Ecoulement « théorique » Production (rendement) Fatigue structurelle

28 Turbulence et variabilité des Courants

29 Spectres avec et sans vagues
Turbulence et variabilité des Courants Identification des spectres de turbulence: Bruit Doppler des ADCP Le bruit Doppler est lié aux limitations intrinsèques de l’estimation du décalage Doppler à partir d’un signal de durée limitée (Durgesh 2014). Ce bruit de mesure aléatoire affectant la mesure de la vitesse dépend de différents paramètres. Il est possible d’optimiser le paramétrage de fonctionnement des ADCP afin de minimiser le bruit Doppler (Thomson 2012), néanmoins il n’est pas possible de s’en affranchir entièrement Identification du bruit Doppler dans la queue du spectre Dépendance du bruit à la cinématique de vagues (Filipot et al, 2015) Spectres avec et sans vagues

30 ANR-FEM (AESTUS, THYMOTE, DiME, EOLINK,…) ADEME (PAPH)
Projets de recherche réalisés dans le cadre de différents programmes de financement: Nationaux: ANR-FEM (AESTUS, THYMOTE, DiME, EOLINK,…) ADEME (PAPH) Européens Interreg (MERIFIC, EQUIMAR) FP7, H2020 (MaRINET, MaRINET2) Partenariat Industriel

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