Nouveaux algorithmes d'interaction fluide-structure appliqués à des concepts de turbines novateurs

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Dans le contexte où la société cherche à se libérer des énergies fossiles, le développement de nouvelles technologies utilisant l'énergie de l'eau et du vent est primordial. Parmi ces technologies, plusieurs concepts innovants de turbines (éoliennes et hydroliennes) sont sujets à des phénomènes instationnaires qui font intervenir des interactions fluide-structures difficiles à résoudre numériquement. Ce programme de recherche s'intéresse donc au développement de nouvelles méthodes numériques en interaction fluide-structure ainsi qu'à l'étude fondamentale de ces phénomènes, en particulier, dans les nouveaux concepts de turbines visant l'énergie hydraulique et éolienne tels que les turbines à pales flexibles et les turbines à cylindres oscillants qui utilisent le mécanisme de vibration induite par vortex. Le développement des algorithmes de couplage sera fondé sur des méthodes utilisant le concept de compressibilité artificielle et sur des méthodes dites quasi-Newton. De récentes études ont démontré que l'instabilité des méthodes partitionnées (qui couplent deux logiciels ou algorithmes distincts) en interaction fluide-structure provient principalement des modes à basse fréquence. Afin de tirer avantage de cette caractéristique, des stratégies de filtrage seront étudiées. Le deuxième volet des travaux proposés concerne l'étude de concepts originaux de turbines (éoliennes ou hydroliennes) qui utilisent des composantes flexibles ou encore des composantes montées sur supports élastiques en mouvement passif. Dans les deux cas, les interactions fluide-structures sont au coeur de la problématique. De tels mécanismes sont susceptibles de modifier la forme des pales passivement et dynamiquement de façon à augmenter l'efficacité globale de ces machines. Ces concepts de turbines étant sujets à plusieurs paramètres, il incombe de disposer de méthodes numériques efficaces. De plus, l'expérience passée a démontré que l'étude des concepts voués à être utilisés dans l'eau font généralement intervenir des interactions fluide-solides fortes qui sont difficiles voire impossibles à prendre en compte avec les algorithmes actuels. Les développements de nouvelles méthodes de couplage partitionné proposés permettront de résoudre des problèmes d'interactions très fortes entre un solide et un écoulement de fluide. Ces méthodes pourront notamment servir de canevas pour tous les types de simulations multiphysiques qui vont bien au-delà des interactions fluide-structures dans les turbines. Enfin, les études physiques proposées sur les nouveaux concepts de turbines permettront des avancées majeures dans les domaines des énergies éoliennes et hydrauliques puisqu'elles permettront de faire la preuve de concept de turbines novatrices. Enfin, les contributions importantes à ces technologies d'énergie renouvelable représentent un pas important pour le Canada dans la lutte aux combustibles fossiles et aux changements climatiques.