Modélisation des efforts dûs au déferlement

Une modélisation approximative des efforts

L’effort hydrodynamique induit par une vague déferlante sur un mât d’éolienne peut être modélisé de deux manières :

• La première consiste à ajouter l’effort d’impact à l’effort induit par la portion non déferlante de la vague. Cette approche est basée sur le facteur de sévérité de la vague (curling factor) qui est difficilement quantifiable. Les modèles couramment utilisés par les industriels font partie de la première catégorie.
• La seconde se base sur la géométrie exacte de la vague. Dans ce cas, le mât est « découpé » en différentes portions et l’effort hydrodynamique dépend de la profondeur d’immersion de celles-ci dans le fluide. Les modèles existants utilisant cette approche reposent sur des formulations différentes pour traiter les portions partiellement immergées et celles complétement immergées. L’effort est donc modélisé de manière discontinue.

Deux modèles semi analytiques pour mieux prendre en compte le déferlement

Paul Renaud et ses co-auteurs proposent donc deux modèles semi-analytiques qui permettent de tenir compte de l’immersion progressive du mât dans le fluide et de l’effort qui s’applique en continu sur la structure. Les résultats de ces modèles ont été comparés à des simulations numériques de vagues déferlantes, et il s’avère que :

• Les efforts prédits pour la partie haute du mât sont surestimés, du fait de la forte déformation de la crête de la vague par la structure,
• En revanche, les efforts obtenus pour les portions du mât partiellement immergées sont similaires à ceux obtenus numériquement, et mettent en évidence une sous-estimation dans les formulations couramment utilisées décrites par Nestegård et al. en 2004, et Hansen & Kofoed-Hansen en 2017.

Lire l’article de Renaud et al, paru en 2023 dans Ocean Engineering

Vers un modèle simplifié utilisable par les industriels de l’éolien flottant

Les deux modèles semi-analytiques permettent, avec des hypothèses différentes, de calculer les efforts extrêmes induits par une vague déferlante dans les sections immergées du mât, sans avoir besoin de définir le facteur de sévérité (curling factor). Ils nécessitent cependant de connaitre la forme exacte de la vague, ce qui est peu réalisable en pratique.
La prochaine étape consiste donc à élaborer un modèle simplifié qui sera utilisable par les développeurs de technologies pour mieux prendre en compte le déferlement lors du dimensionnement de leurs éoliennes flottantes. Les données d’entrée nécessaires seront la hauteur, la vitesse et la sévérité (curling factor) de la vague. Cette dernière sera définie plus précisément grâce aux différents travaux menés dans le cadre du projet collaboratif DIMPACT.

Crédit photo : Saskia 1310 / Pixabay