Etude numérique et expérimentale de l’anémométrie à la nacelle des éoliennes à axe horizontal

Abstract

La présente thèse porte sur l’étude numérique et expérimentale du sillage immédiatement proche généré par des éoliennes à axe horizontal et ce, afin de tester la faisabilité de l’anémométrie à la nacelle, c’est-à-dire les corrélations reliant les vitesses à la nacelle et les vitesses en amont prises par un mât de référence. Ces corrélations jouent un rôle primordial dans la gestion et le contrôle de la production de puissance d’une ferme éolienne. Les équations stationnaires de Navier-Stokes moyennées par la procédure de Reynolds ont été utilisées pour décrire l’écoulement autour de l’éolienne. Ces équations ont été résolues en utilisant le code libre OpenFOAM. Plusieurs modèles de turbulence ont été testés et comparés. Pour la modélisation du rotor éolien, l’approche retenue est basée sur le concept du disque actuateur. Essentiellement, les effets des différents modèles de turbulence et de la topologie du maillage ont été étudiés. L’étude expérimentale a porté sur l’anémométrie à la nacelle appliquée sur une éolienne commerciale typique d’une ferme située dans la région d’Adrar. Des corrélations de vitesses de vent à la nacelle (ou fonctions de transfert) de l’éoliennes ont été établies. Les résultats de simulation obtenus ont été comparés aux mesures expérimentales et une bonne concordance a été notée. Il a été ainsi trouvé que le modèle de turbulence k-ε est le plus approprié pour décrire les données expérimentales. Aussi, il a été constaté que la configuration du maillage optimale consistait en le maillage hybride composé de cellules quasi-structurées dans la région de la couche limite proche de la paroi de la nacelle et de cellules non-structurées triangulaires au voisinage de la nacelle de l’éolienne.