Terrain vallonné avec éoliennes

Le domaine construit peut alors être analysé en y ajoutant les cinq éoliennes, placées aux positions correspondantes. Les profils seront tracés aux mêmes endroits. Dans l’expérience en soufflerie, pour mesurer un profil à la position i, la ième éolienne a été retirée afin d’y placer le système de mesure. Ainsi, le même protocole a été suivi pour cette étude : un profil obtenu en position i correspond à une simulation d’un domaine avec quatre éoliennes, après en avoir retiré la ième. Dès lors, cinq simulations ont été nécessaires pour obtenir les profils ci-dessous. Une sixième simulation, avec la prise en compte de toutes les éoliennes, a permis de tracer les champs 2D des grandeurs étudiées.

De plus, pendant l’expérience, une seule et unique valeur de vent constante a été utilisée pour évaluer les coefficients de poussée des cinq éoliennes. Dans les simulations, le fait d’utiliser ce type de vitesse de référence conduit à une force constante appliquée par l’ensemble des rotors.

Validation du modèle Meso-NH/ADNR

Fig. 5.7 : Profils d’intensité de turbulence du vent axial, sur les 5 positions de la colline, sans éolienne (les données expérimentales sont issues de Tian et al. [2013] et les données EPFL-

WIRE-LES deShamsoddin and Porté-Agel[2017])

Fig. 5.8 : Coupe verticale en milieu de domaine du champ 2D d’intensité de turbulence du vent axial, sans éolienne sur la colline. Les lignes en pointillés blanc indiquent les positions étudiées

Dans le but de capturer des effets de sillage instantanés, la paramétrisation se doit de prendre en compte une vitesse de vent variable. C’est pourquoi l’équation4.1, utilisant la vitesse de vent instantanée en chaque point de maille du disque, est appliquée.

La simulation utilise les mêmes paramètres numériques que la simulation précédente, dé- taillés en5.3.1.1. Afin de connaître la robustesse du modèle, aucune des fonctions amélioratives, proposées en 4.2.3, n’est utilisées. La durée physique de simulation est de 3 heures, et les ré- sultats sont tirés de la dernière (moyenne sur 1h). Les coefficients de poussée C_T∞ utilisés sont basés sur les mesures de Tian et al. [2013], et donnés dans le tableau5.1.

Éolienne n◦ 1 2 3 4 5

CT∞ [−] 0.140 0.132 0.287 0.129 0.091

Table 5.1: Coefficients de poussée des éoliennes [Tian et al.,2013]

5.3.2.2 Vitesses de vent

La figure5.9montre les cinq nouveaux profils de vitesse de vent. Du fait de la présence des éoliennes, une légère décroissance de la vitesse de vent est observable au niveau de la hauteur du moyeu (i.e. 0.5 < z = Zh < 1.5). Les profils en aval de la colline (position 4 et 5) montrent une sous-évaluation de la vitesse de vent pour les deux modèles numériques. Néanmoins, en comparant les résultats à ceux disponibles, le sillage lointain est bien représenté.

Fig. 5.9 : Profils de vitesses moyennes du vent axial, sur les 5 positions de la colline, avec éoliennes (les données expérimentales sont issues de Tian et al. [2013] et les données EPFL-

WIRE-LES deShamsoddin and Porté-Agel[2017])

Il semble important de préciser que seul le sillage lointain est étudié ici. En effet, suite au protocole indiqué plus haut, les résultats sont systématiquement donnés à une distance de 3D après la turbine précédente (en dehors de la première, qui elle, ne capte aucun sillage). D’autre part, comme évoqué parShamsoddin and Porté-Agel[2017], les coefficients de poussée mesurés durant l’expérience sont relativement faibles comparés à des éoliennes de tailles réelles : elles correspondent à des vitesses de vent peu fréquentes. Ainsi, il peut être remarqué que la présence des éoliennes n’induit que de faibles différences entre les profils.

Validation du modèle Meso-NH/ADNR

Fig. 5.10 : Coupe verticale en milieu de domaine du champ 2D de vitesses moyennes de vent axial, avec 5 éoliennes sur la colline

C’est d’ailleurs pourquoi seule la traînée de l’éolienne au sommet de la montagne se dé- marque franchement sur la figure5.10(Position 3). Nous pouvons tout de même y observer une légère diminution des vitesses en aval des rotors, ainsi qu’un sillage de montagne plus marqué suite au prélèvement d’énergie des éoliennes. Une accélération assez nette se distingue aussi entre le sommet de la colline et le rotor 3. Déjà présente sur le champ sans éolienne (Fig. 5.6), elle est maintenue par l’effet Venturi qui a lieu entre la turbine et la montagne. Pour un cas réel, la présence de la tour devrait atténuer cet effet.

La figure 5.11 montre le champ de vitesses instantanées. Les tourbillons au sein de la CLA peuvent être observés. Néanmoins, des oscillations numériques sont perceptibles devant les turbines. Elles peuvent être atténuées avec la “smearing function" proposée en 5.3.1.1.

Fig. 5.11 : Coupe verticale en milieu de domaine du champ 2D de vitesses instantanées de vent axial, avec 5 éoliennes sur la colline

5.3.2.3 Intensité de turbulence

La présence des éoliennes conduit à une légère modification de l’intensité de turbulence, comme le montrent les cinq profils de la figure 5.13. Comme pour les profils de vitesse de vent, une sous-évaluation de cette intensité est observable en aval de la montagne (positions 4 et 5) pour les deux modèles numériques, au niveau du rotor.

Le champ donné en figure 5.12 permet d’identifier la turbulence créée par l’extrémité des disques (bien marquée en pos. 3). La frontière séparant une zone où le vent est contraint par la poussée de la turbine et une zone où le vent est libre donne lieu à un sillage pouvant potentiel- lement s’apparenter aux tourbillons marginaux des pales, bien que le phénomène soit différent. Cette turbulence semble s’étendre sur une vingtaine de diamètres en aval de la montagne.

En revanche, la sous-estimation d’intensité de turbulence mentionnée précemment est peut- être plus marquée sur cette figure. En comparant ce résultat au champ sans éolienne (Fig. 5.8)

Fig. 5.12 : Coupe verticale en milieu de domaine du champ 2D d’intensité de turbulence du vent axial, avec 5 éoliennes sur la colline

pour la position 3, nous pouvons observer que l’Actuator Disk diminue légèrement l’intensité de turbulence dans le sillage proche, à hauteur de rotor. Les travaux deShamsoddin and Porté-Agel [2017] montrent que l’utilisation de coefficients de poussée plus élevés (et plus réalistes) permet de palier ce problème.

Fig. 5.13 : Profils d’intensité de turbulence du vent axial, sur les 5 positions de la colline, avec éoliennes (les données expérimentales sont issues de Tian et al. [2013] et les données EPFL-

Validation du modèle Meso-NH/ADNR