Etude de la génération de turbulence par un fond complexe et effets potentiels sur une hydrolienne – simulation aux grandes échelles avec la méthode de Boltzmann sur réseau – SUJET DE STAGE DE MASTER RECHERCHE OU FIN D’ETUDES INGENIEUR

Stage

Laboratoire d’accueil :
Laboratoire Universitaire des Sciences Appliquées de Cherbourg (LUSAC)
Equipe : Ecoulements et Environnement
Contact :
Philippe Mercier, chercheur postdoctoral
Tél : 06 44 84 47 26 – e-mail : philippe.mercier@unicaen.fr
Sylvain Guillou, Professeur des Universités
Tél : 06 08 58 18 26 – e-mail : sylvain.guillou@unicaen.fr

CONTEXTE

Au cours des dernières années, les Energies Marines Renouvelables se sont imposées comme une source prometteuse d’électricité décarbonée. Le LUSAC, situé à proximité du plus puissant gisement hydrolien français (le Raz Blanchard), de futurs parcs éoliens en mer et de l’usine fabriquant les plus grandes pales d’éoliennes au monde (LM Wind Power), en a fait l’une de ces thématiques de recherche transversales.
La caractérisation de la turbulence, due aux interactions de l’écoulement avec la bathymétrie, in situ ainsi que les modélisations numériques du phénomène se sont avérées essentielles pour le dimensionnement de turbines et de fermes d’hydroliennes.
La problématique de la compréhension de la naissance de la turbulence sur les fonds rocheux présents sur le site du Raz Blanchard a été abordée dans le cadre du projet ANR FEM THYMOTE (Turbulence HYdrolienne, Modélisation, Observations, TEsts en bassin), porté par le LUSAC. Un
modèle a été mis en place et a permis la réalisation de simulations sur des macro rugosités à l’échelle du laboratoire [1] et validées sur la base d’expériences en bassin [2]. Il a été appliqué à des cas réels d’écoulement dans le Raz Blanchard [3,4]. Cependant, les phénomènes de formation des
turbulences et l’impact des caractéristiques des macro rugosités de fond sont encore à approfondir, notamment les impacts potentiels sur la turbine.
Ces derniers intéressent tout particulièrement les industriels du domaine. Ainsi, ce stage s’insère dans le projet TIGER (Tidal Stream Industry Energiser project) qui a pour objectif de dynamiser le secteur de l’hydrolien en produisant des connaissances sur le milieu marin et en démontrant la viabilité économique de la filière. Dans ce cadre, le stage doit amener à une meilleure compréhension des phénomènes physiques se produisant au niveau des rugosités du fond marin, ce qui permettrait de mieux anticiper les sollicitations mécaniques des machines liées à la turbulence.

CONTENU DU STAGE

Le stagiaire travaillera sur la simulation d’un écoulement au-dessus de macro rugosités de fond. Les simulations se feront à l’aide de la méthode Boltzmann sur réseau implémentée dans la librairie C++ Palabos et des moyens de calcul haute performance du CRIANN. Il partira du modèle
développé durant la thèse de Philippe Mercier [3] et validé durant un stage précédent. Nous mettrons en évidence le phénomène de génération et de détachement tourbillonnaires sur des combinaisons de macro rugosités. Un accent sera mis sur l’étude des interactions tourbillonnaires à l’aide de visualisations en 3 dimensions (voir la Figure 1). Dans un deuxième
temps, l’étude des caractéristiques de l’écoulement à l’emplacement d’une turbine fictive sera réalisée.
Le stage intègre une phase de recherche bibliographique sur les macro rugosités et la simulation numérique d’écoulements turbulents.

Figure 1 : Visualisation de structures tourbillonnaires à l’aval d’une macro rugosité de fond (Mercier et al.[1]).

MOTS CLES

EMR, Hydrolienne, Macro rugosités de fond, Détachement tourbillonnaire, Simulations des grandes échelles, Méthode de Boltzmann sur réseau, Programmation numérique.

PROFIL DU CANDIDAT

Le candidat devra disposer d’une formation en  hydrodynamique/mécanique des fluides et suivre un
Master orienté recherche ou une école d’ingénieurs. Il doit disposer de bonnes qualités rédactionnelles. Un certain goût pour la simulation et la programmation numérique est nécessaire.

DATES : Démarrage en mars ou avril 2022 pour une durée de 6 mois.

DIVERS : Gratification : 3,90 €/heure net (~575 €/mois)

REFERENCES :
[1] P. Mercier. Modélisation de la turbulence engendrée par la morphologie du fond dans le Raz Blanchard : approche locale avec la LBM-LES. 2019. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02310727v1
[2] P. Mercier, M. Ikhennicheu, S. Guillou, G. Germain, E. Poizot, M. Grondeau, J. Thiébot, and P. Druault. The merging of Kelvin–Helmholtz vortices into large coherent flow structures in a high Reynolds number flow past a wall-mounted square cylinder. Ocean Engineering, 204(107274), 2020b. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2020.107274
[3] Mercier P., Grondeau M., Guillou S.S., Thiébot J., Poizot E. (2020), Numerical study of the turbulent eddies generated by the seabed roughness. Case study at a tidal power site, Applied Ocean Research, 97, 102082. https://doi.org/10.1016/j.apor.2020.102082
[4] Mercier P., Guillou S. (2021), The impact of the seabed morphology on turbulence generation in a strong tidal stream, Physics of Fluids, 33, 055125. https://doi.org/10.1063/5.0047791