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Thèse

Simulation d’interactions vagues-structure par un couplage bidirectionnel entre un codepotentiel complètement non-linéaire et un code Navier-Stokes

Résumé : Cette thèse traite de la conception, du développement et de l’application d’une stratégie de couplage entre un code de vagues potentiel complètement non-linéaire et un modèle résolvant les équations de Navier-Stokes, dans le but d’étudier les interactions vagues-structure à l’œuvre sur les fondations d’éoliennes en mer. La stratégie de couplage suppose une décomposition du domaine de calcul suivant laquelle le champ de vagues proche de la structure étudiée est simulé à l’aide du solveur Navier-Stokes Code Saturne, code open source à Volumes Finis mettant en œuvre une méthode de capture de la surface libre de type Volume Of Fluid (VOF). A l’écart de la structure, là où les effets visqueux et turbulents peuvent être négligés, le code potentiel résout l’équation de Laplace pour le potentiel des vitesses, par le biais d’une formulation intégrale aux frontières et permet ainsi la simulation du champ de vagues lointain. La génération et l’absorption de vagues sont effectuées dans le sous-domaine potentiel extérieur de ce canal à houle numérique hybride en trois dimensions. Les codes visqueux et potentiel échangent des informations liées au calcul couplé à proximité de leurs frontières communes. La procédure de couplage peut donc être qualifiée de bidirectionnelle, en ce qu’elle autorise la propagation de vagues du sous-domaine potentiel au sous-domaine visqueux, et réciproquement. Il devient ainsi possible d’étudier la diffraction de houles sur des fondations fixes d’éoliennes en mer, tout en réduisant au minimum l’étendue du sous-domaine visqueux, de même que les coûts de calcul associés. Chacun des codes utilise un pas de temps qui lui est propre. Le recouvrement partiel des sous-domaines impose de s’assurer que des conditions de continuité de la vitesse et de la position de surface libre sont vérifiées à tout instant sur les deux frontières couplées distinctes. Cette méthodologie de calcul hybride, et les communications entre codes qu’elle implique, sont rendues parallèles par le recours à la bibliothèque Message Passing Interface (MPI).De ce fait, des simulations à de grandes échelles spatiales et temporelles sont permises par l’emploi d’une grappe de serveurs à mémoire distribuée. La méthodologie de couplage est expérimentée pour divers types de vagues incidentes, incluant des ondes solitaires et des houles régulières non-linéaires. Elle est par la suite appliquée à la simulation des efforts s’exerçant sur un mono pieu. Les résultats, dans le cas de la houle régulière, sont comparés à des données expérimentales obtenues dans un canal à houle. Différentes périodes et cambrures de vagues sont étudiées. Une attention particulière est portée aux composantes d’ordre élevés de la force horizontale non-linéaire.
Liste complète des métadonnées

https://pastel.archives-ouvertes.fr/tel-03701174
Contributeur : ABES STAR :  Contact
Soumis le : mardi 21 juin 2022 - 17:13:16
Dernière modification le : mercredi 22 juin 2022 - 03:25:32

Fichier

TH2022ENPC0012.pdf
Version validée par le jury (STAR)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03701174, version 1

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Citation

Paul Landesman. Simulation d’interactions vagues-structure par un couplage bidirectionnel entre un codepotentiel complètement non-linéaire et un code Navier-Stokes. Other [cond-mat.other]. École des Ponts ParisTech, 2022. English. ⟨NNT : 2022ENPC0012⟩. ⟨tel-03701174⟩

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