Tip-Loss Correction

Une dernière étude de sensibilité a été effectuée pour tenter de connaître l’influence de l’utilisation de la fonction de correction des Tip Loss, introduite en 4.4.3.3.

Bien que la plupart des paramètres soient similaires aux études précédentes, plusieurs résolutions (5 cm et 10 cm) et distributions (NULL et Linear) sont testées. La fonction Tip Loss est activée (TL) ou non (No-TL) pour observer ses effets.

Validations du modèle Meso-NH/ALM

Les différents résultats sont proposés en figure D.4. Sans distribution, des oscillations nu- mériques sont observées (elles sont très importantes pour le cas à 5 cm non tracé). Dans le cas où la distribution est linéaire et où la fonction de Tip Loss n’est pas utilisée, la différence entre les simulations à 10 cm et 5 cm de résolution montrent une légère amélioration de l’éva- luation des efforts en bout de pale. Elle laisse donc penser que, avec une résolution plus fine, les tourbillons marginaux sont mieux décrits. Pour les autres cas, l’utilisation de la fonction de correction améliore les résultats lorsque la résolution est limitée, en proposant une évaluation des efforts plus cohérente et une induction en amont de la turbine mieux évaluée.

Nous rappellerons tout de même qu’il s’agit ici d’un cas où le TSR est élevé. En effet, nous préciserons (sans les tracer) que l’utilisation de la fonction de correction des Tip Loss dégrade les résultats obtenus suite à la simulation de la turbine Mexico à 24 m/s. Une autre stratégie doit donc être déterminée, et les travaux deMeyer Forsting et al.[2019] semblent être une bonne piste.

6.6

Conclusion

Pour valider le couplage Meso-NH/ALM développé, les résultats ont été confrontés à l’ex- périence NewMEXICO. Ces essais offrent un grand nombre de mesures, comme les chargements le long des pales ainsi que des PIV axiales. Après avoir reconstruit le domaine (à l’échelle de la soufflerie) et l’éolienne, les résultats du couple a pu être comparé aux mesures, ainsi qu’à ceux d’autres codes numériques, pour un régime à haut TSR.

Les résultats principaux, en utilisant le schéma CEN4T, une résolution de 10 cm, la pro- jection linéaire et la fonction de correction en bout de pale montrent de bons résultats. L’étude de sensibilité qui a suivi a permis d’appréhender les limites de l’outil. En effet, au besoin, il est possible d’envisager une résolution un peu plus faible qu’une quarantaine de cellules par diamètre. Surtout, la méthode de Time Dplitting introduite permet d’économiser du temps de calcul non négligeable, tout en offrant une évaluation des efforts et une représentation du sillage correcte.

Dès lors, le modèle développé peut être considéré comme validé, et il semble maintenant envisageable de pouvoir l’utiliser pour étudier les parcs complets. La prochaine étape est alors de savoir s’il est capable de reproduire les interactions entre les fermes et la météorologie locale.

Synthèse

Dans le but de pouvoir étudier les parcs éoliens dans une atmosphère réaliste, un couplage numérique a été effectué. Le couplage, dont le développement a été présenté au Chapitre4, per- met de lier le modèle météorologique Meso-NH et des modèles simplifiés d’éoliennes : l’Actuator Disk (rotatif ou non) et l’Actuator Line Method.

La conformité de ce nouvel outil a été analysée suite à deux études de validation. La première, présentée au Chapitre5, s’est concentrée sur le couplage Meso-NH/ANDR, en simulant cinq éoliennes sur une montagne, et en comparant les résultats obtenus à ceux d’une expérience en soufflerie. L’étude a, dans un premier temps, confirmé la viabilité générale d’un tel couplage avec Meso-NH. Elle a aussi mis en évidence la capacité de l’outil à simuler des terrains complexes. Enfin, l’étude a permis d’évaluer la qualité de représentation des éoliennes.

Si les résultats sont bons, une volonté certaine nous a encouragés à nous tourner directement vers l’ALM, qui semblait mieux représenter les phénomènes, en modélisant directement les trois pales en mouvement. Ainsi, la deuxième étude de validation, décrite lors du Chapitre 6, s’est focalisée sur une petite éolienne qui avait préalablement fait l’objet d’une expérience en soufflerie. L’idée était d’étudier avec précision les effets aérodynamiques (efforts et sillage) évalués par le modèle, et de mener une étude de sensibilité. L’ensemble des résultats est très satisfaisant.

Ainsi la PartieIIlaisse penser que l’outil permettrait bien d’étudier les parcs en configura- tion complexe, avec une météorologie réaliste. Il reste néanmoins une dernière étape à franchir : il s’agit de vérifier la capacité de l’outil à reproduire les interactions avec la météorologie avant d’en tirer, si possible, des conclusions : c’est l’objet de la PartieIII.

Troisième partie

Étude des Interactions entre les

Parcs et la Météorologie

Chapitre 7

Cas des photos de Horns Rev 1

Le but de ce chapitre est de montrer la capacité de l’outil développé à reproduire des interactions entre les éoliennes et la météorologie, en reproduisant le cas des photos de Horns Rev 1 ainsi que d’étudier la cause du phénomène. D’abord, le cas d’étude sera introduit. Ensuite, une première simulation sur domaine réduit sera présentée, puis une simulation du parc complet sera analysée. Enfin, une discussion à propos des résultats obtenus sera proposée. Dans un second temps, il s’agira de détailler la construction numérique du cas. Dans un troisième temps, les résultats obtenus seront analysés. Enfin, une conclusion sur cette validation sera donnée.

7.1

Introduction

Comme mentionné en partie3.1.1, l’éolien offshore est en train de se développer en France. Sur ce type de terrain, les éoliennes sont généralement de plus grande taille que sur le continent, car les nuisances sonores et visuelles sont moins ressenties. En atteignant des hauteurs toujours plus élevées, nous souhaitons mieux comprendre les interactions que ces éoliennens peuvent avoir avec la couche limite atmosphérique. L’enjeu est double : mieux connaître les effets de la météorologie sur les éoliennes (comme la formation de givre, ou la fatigue due à des rafales) mais aussi prévoir les effets potentiels des parcs sur la météorologie locale (comme la formation nuageuse, ou l’influence sur la stabilité de la CLA).

Ainsi, pour savoir si l’outil développé permet de répondre à de telles questions, il s’agissait de trouver un cas permettant de vérifier sa capacité à reproduire ces interactions. Néanmoins, il reste difficile d’obtenir des informations relatives à un parc réel, et encore plus de les avoir au moment précis où ce type de phénomène se reproduit.

C’est pourquoi nous nous sommes rapidement tournés vers le cas des photos du parc de Horns Rev 1. En effet, en tant que parc expérimental, ce parc bénéficie depuis longtemps de l’intérêt de la communauté scientifique, et grâce à cela, de nombreuses données sont disponibles. De plus, -et nous pouvons y voir une réelle chance- une formation nuageuse au sein du parc a été capturée par deux photos aériennes qui ont très vite fait le tour du monde. Nous avons donc choisi ce cas pour démontrer les capacités de l’outil développé.