Power take-off : réglage de l’amortissement

La figure 1.25 présente les résultats d’amplitude maximum tête-à-creux des ondulations et la figure 1.26, l’évolution de la fréquence principale. Pre-mièrement, cette figure montre que la vitesse critique augmente avec le taux d’amortissement [Träsch et al., 2016b]. Deuxièmement, l’amplitude tend à diminuer lorsque la vitesse du courant accélère et à augmenter lorsque les amortisseurs sont plus nombreux, ce qui est le contraire de la fréquence. Ce comportement opposé suggère qu’il y aurait un équilibre optimal à trouver entre la fréquence et l’amplitude, en ajustant l’amortissement en fonction de la vitesse du courant. À noter que pour toutes les configurations testées, la cible avec la plus grande amplitude est celle située le plus en aval.

Figure 1.25 – Évolution de l’amplitude maximale pour différents coefficients d’amortissement et vitesses de courant.

Le comportement dynamique de la membrane est similaire à ce qui a été présenté figure 1.20 dans toutes les configurations testées à l’exception du cas C₀ à U r > 5.5. En effet, la membrane non amortie (C₀, ligne bleue) a un comportement différent des configurations avec amortisseurs. Elle présente les mêmes tendances en termes d’amplitude et de fréquence, mais avec des variations plus importantes au-delà de U r = 5.5. C’est un signe de change-ment de mode. En effet, l’analyse de la trajectoire y révèle un nœud autour de la cible no3 (figure 1.27).

Figure 1.26 – Évolution de la fréquence principale pour différents coefficients d’amortissement et vitesses de courant.

Figure 1.27 – Superposition de la déformée de la membrane tous les 40^eme de période (C = 0 kg/s, U r=6).

Les coefficients hydrodynamiques (portance, trainée) et de puissance sont calculés avec pour surface de référence, la surface de la membrane L×b (équa-tion 1.25 - 1.27). Leur significa(équa-tion diffère de ce qui est communément utilisé dans le domaine des énergies marines renouvelables, où le coefficient de puis-sance est le ratio entre la puispuis-sance mécanique et la puispuis-sance hydrocinétique incidente intégrée sur la surface frontale. Cependant, ce critère permet d’uti-liser une surface constante pour le calcul des coefficients, au contraire de l’aire balayée, b × A, qui dépend d’autres paramètres comme la vitesse du

C_d= ^Fx 0.5.ρ_f.L.b.U2 ∞ (1.25) C_l = ^Fy 0.5.ρ_f.L.b.U2 ∞ (1.26) C_p = ^P 0.5.ρ_f.L.b.U3 ∞ (1.27) L’évolution des coefficients de trainée et de portance en fonction de U r sont présentés figures 1.28 et 1.29. Les signaux étant périodiques, seulement les valeurs moyennes et extrêmes sont représentées. On peut noter que sur les deux graphiques, l’amplitude des efforts est plus importante que la moyenne. Le coefficient de trainée moyen est sensiblement plus important à la vitesse critique et pour les amortissements élevés (C_d ≈ 0.25), tandis qu’il décroit pour les courants plus rapide jusqu’à C_d ≈ 0.2 à U r = 7. L’amplitude du coefficient de trainée est aussi significativement plus faible pour les grandes vitesses. Elle évolue de 0.5 à la vitesse critique jusqu’à environ 0.2 à U r = 7. On remarque que max(F_x) évolue proportionnellement à U∞, alors que F_x est proportionnel à U2

∞.

La portance est la composante dominante du système, comme illustré par la figure 1.29. L’amplitude du coefficient de portance est supérieure à 1 pour les petites vitesses de fluide, puis diminue fortement, en effet max(F_L) est proportionnel à U∞. Ici aussi, la valeur moyenne du coefficient de portance est positive, avec C_l ≈ 0.15. Comme expliqué pour la figure 1.21, cela pourrait être causé par une influence indésirable du sillage du support sur la membrane ou par l’influence de la surface libre et/ou du fond du bassin. La connaissance de ces coefficients hydrodynamiques est utile pour dimensionner le support de la future hydrolienne échelle 1.

Figure 1.28 – Coefficients de trainée sur la membrane. Moyennes : lignes pleines. Valeurs maximales et minimales : lignes pointillées.

Figure 1.29 – Coefficients de portance sur la membrane. Moyennes : lignes pleines. Valeurs maximales et minimales : lignes pointillées.

Figure 1.30 – Coefficient de puissance en fonction de l’amortissement et de la vitesse du courant. Lignes pointillées : Clinear

p , ligne pleine : Cspline p . Les résultats en termes de coefficient de puissance sont tracés sur la figure 1.30. Les résultats obtenus avec la méthode linéaire sont représentés par une ligne pointillée tandis que les résultats obtenus avec la méthode spline sont présentés en ligne pleine. Le coefficient de puissance obtenu par la méthode linéaire est supérieur d’environ 30%, mais les deux méthodes donnent la même tendance. Il y a une légère augmentation de puissance en fonction de l’amortissement et pas de variation significative en fonction de la vitesse du courant pour U rc < U r < 6. Au-delà de cette valeur, le coefficient de

puissance commence à décroitre.

La figure 1.31 montre la contribution de chaque segment à la puissance dissipée totale. La majorité de la puissance est toujours extraite par les amor-tisseurs no4 et no5 alors que le premier vérin ne produit que très peu. Cela peut être expliqué par les conditions aux limites de la membrane : l’encas-trement amont limite l’amplitude au début des ondulations et le degré de liberté en aval restreint la déformation de la membrane sur cette partie. La figure 1.31 montre aussi qu’un amortissement plus important entraine une meilleure répartition de la puissance produite le long de la membrane avec une plus grande contribution des segments no2 et no3 et une plus faible du no5.

Figure 1.31 – Contribution des amortisseurs à la puissance totale pour chaque configuration testée.

Il est aussi possible d’augmenter la captation d’énergie en jouant sur d’autres paramètres comme le module d’Young de la membrane (E), la lon-gueur des câbles (d), les conditions d’accroche ou la répartition de l’amor-tissement. Ce sujet sera abordé dans la suite de ce manuscrit en utilisant la méthode linéaire pour l’estimation du C_p. En effet, elle limite notamment le risque de surestimer les coefficients de puissance lorsque le système fonctionne au-delà de la zone de caractérisation des vérins.