L'énergie est probablement le principal facteur qui explique l'évolution des sociétés et des territoires dès le XVIIIe siècle. Mais en se concentrant sur les dernières décennies, la plupart des économies occidentales ont assumé la nécessité de limiter leur consommation, et spécialement réduire la dépendance aux combustibles fossiles, tant pour des raisons stratégiques qu’environnementales. Cela a justifié le fort essor qu’a connu le secteur des énergies renouvelables dès les années quatre-vingt-dix du siècle passé. L'Espagne a occupé une place importante dans le domaine des énergies renouvelables, et plus particulièrement, la Castille-et-León qui se fait remarquer comme une communauté autonome où la production énergétique est une longue tradition. Depuis la fin du siècle passé, ce territoire s'est montré spécialement actif dans l'implantation de la production électrique à partir de la force du vent. La présente thèse a pour objet l'étude du processus et des facteurs qui ont contribué à ce que la Castille-et-León soit la première communauté autonome en matière de puissance installée et de production électrique à partir de l'énergie éolienne.Nos recherches sur le contexte du développement des projets éoliens, nous ont conduit à sélectionner les terrains suivants : pays d'Alta Sanabria et Los Montes de Torozos, ainsi que le territoire castillan-et-léonais le plus proche de la limite administrative entre Burgos (Castille-et-León) et la Cantabrie. À partir de ces études de cas nous essayons d'apporter de nouvelles connaissances sur diverses questions comme l'acceptabilité sociale du développement éolien, la configuration des cadres de conflit à une échelle locale et l’émergence de nouveaux signifiés dans le paysage. Le choix des cas permet de mieux comprendre les facteurs, les processus et les transformations territoriales liés au développement éolien. Ces études de cas sont définies ou délimitées sur la base de la dynamique sociale, des processus et des conflits qui participent à la construction sociale du paysage et à sa propre configuration territoriale. Le travail dense d'interviews et la documentation adéquate permet aux agents sociaux d'identifier premièrement ces facteurs structurels et de changement qui articulent le paysage à une échelle locale ; celui-ci étant entendu comme un totaliseur de facteurs économiques, historiques, sociaux, environnementaux et techniques, entre autres. Ensuite la dimension managériale et administrative est abordée pour chaque domaine d'étude dans lequel le développement éolien est impliqué. Finalement, avec l'intérêt de connaître la dimension territoriale du développement éolien, nous examinons les conflits qui ont émergé. À partir de ceux-ci nous analyserons les motifs d'acceptation ou d'opposition sociale face au développement éolien à l’échelle locale. / Energy is probably the principal factor that explains the evolution of the companies and the territories from the 18th century, with the expansion of industrial processes and the demand of energetic resources. But centring in the last decades, most of the western economies have assumed the need to limit his consumption and specially to reduce the dependence of the fossil fuels, so much for strategic as environmental motives. It has justified the strong impulse that from the nineties of last century the sector of the renewable energies has tested. Spain has occupied relevant positions for renewable energies and especially the region of Castile and León where the energetic production has a long tradition. From ends of last century this territory has proved to be especially active in the implantation of the electrical production from the force of the wind. The present Thesis takes as an object the geographical study of the wind development happened in Castile and León, penetrating into the process, the factors and agents who have contributed to it is the first autonomous community in terms of installed power and electrical generation from the wind power.In order to concentrate and to manage to extract concussions on the troubled frames and the social valuation there were selected Alta Sanabria's county, Los Montes de Torozos and the administrative limit between Burgos -Castile and León- and Cantabria. From these study cases we try to contribute new knowledge on some questions as the social acceptance of the wind development, the configuration of troubled frames to local scale and the emergency of new meanings in the landscape. The choice of the cases has been realized with the aim to advance in the comprehension of the factors, processes and territorial transformations linked to the wind development. These case studies are defined in virtue to the social dynamics, the processes and the conflicts that take part in the social construction of the landscape and his own territorial configuration. The dense work of interviews and the suitable documentation allows to us to the social agents to identify firstly those structural factors and of change that they articulate the landscape to local scale, understood this one as a totalizer of economic, historical, social, environmental, and technical aspects between others. Later there is approached for every study of case the managerial and administrative dimension in that the wind development places. Finally, with the interest of knowing the territorial dimension of the wind development we examine the conflicts that have emerged. From them we will manage to know the reasons of social acceptance or opposition to the wind development at local scale.

Le développement de la production d'énergie éolienne nécessite des méthodes précises et bien établies pour l'évaluation de la ressource éolienne, étape essentielle dans la phase avant-projet d'une future ferme. Au cours de ces deux dernières décennies, les modèles d'écoulements linéaires ont été largement utilisés dans l'industrie éolienne pour l'évaluation de la ressource et pour la définition de la disposition des turbines. Cependant, les incertitudes des modèles linéaires dans la prévision de la vitesse du vent sur terrain complexe sont bien connues. Elles conduisent à l'utilisation de modèles CFD, capables de modéliser les écoulements complexes de manière précise autour de caractéristiques géographiques spécifiques. Les modèles méso-échelle peuvent prédire le régime de vent à des résolutions de plusieurs kilomètres mais ne sont pas bien adaptés pour résoudre les échelles spatiales inférieures à quelques centaines de mètres. Les modèles de CFD peuvent capter les détails des écoulements atmosphériques à plus petite échelle, mais nécessitent de documenter précisément les conditions aux limites. Ainsi, le couplage entre un modèle méso-échelle et un modèle CFD doit permettre d'améliorer la modélisation fine de l'écoulement pour les applications dans le domaine de l'énergie éolienne en comparaison avec les approches opérationnelles actuelles. Une campagne de mesure d'un an a été réalisée sur un terrain complexe dans le sud de la France durant la période 2007-2008. Elle a permis de fournir une base de données bien documentée à la fois pour les paramètres d'entrée et les données de validation. La nouvelle méthodologie proposée vise notamment à répondre à deux problématiques: le couplage entre le modèle méso-échelle et le modèle CFD en prenant en compte une forte variation spatiale de la topographie sur les bords du domaine de simulation, et les erreurs de prédiction du modèle méso-échelle. Le travail réalisé ici a consisté à optimiser le calcul du vent sur chaque face d'entrée du modèle CFD à partir des valeurs issues des verticales du modèle de méso-échelle, puis à mettre en œuvre une assimilation de données basée sur la relaxation newtonienne (nudging). La chaîne de modèles considérée ici est composée du modèle de prévision de Météo-France ALADIN et du code de CFD open-source Code_Saturne. Le potentiel éolien est ensuite calculé en utilisant une méthode de clustering, permettant de regrouper les conditions météorologiques similaires et ainsi réduire le nombre de simulations CFD nécessaires pour reproduire un an (ou plus) d'écoulement atmosphérique sur le site considéré. La procédure d'assimilation est réalisée avec des mesures issues d'anémomètre à coupelles ou soniques. Une analyse détaillée des simulations avec imbrication et avec ou sans assimilation de données est d'abord présentée pour les deux directions de vent dominantes, avec en particulier une étude de sensibilité aux paramètres intervenant dans l'imbrication et dans l'assimilation. La dernière partie du travail est consacrée au calcul du potentiel éolien en utilisant une méthode de clustering. La vitesse annuelle moyenne du vent est calculée avec et sans assimilation, puis est comparée avec les mesures non assimilées et les résultats du modèle WAsP. L'amélioration apportée par l'assimilation de données sur la distribution des écarts avec les mesures est ainsi quantifiée pour différentes configurations / The development of wind energy generation requires precise and well-established methods for wind resource assessment, which is the initial step in every wind farm project. During the last two decades linear flow models were widely used in the wind industry for wind resource assessment and micro-siting. But the linear models inaccuracies in predicting the wind speeds in very complex terrain are well known and led to use of CFD, capable of modeling the complex flow in details around specific geographic features. Mesoscale models (NWP) are able to predict the wind regime at resolutions of several kilometers, but are not well suited to resolve the wind speed and turbulence induced by the topography features on the scale of a few hundred meters. CFD has proven successful in capturing flow details at smaller scales, but needs an accurate specification of the inlet conditions. Thus coupling NWP and CFD models is a better modeling approach for wind energy applications. A one-year field measurement campaign carried out in a complex terrain in southern France during 2007-2008 provides a well documented data set both for input and validation data. The proposed new methodology aims to address two problems: the high spatial variation of the topography on the domain lateral boundaries, and the prediction errors of the mesoscale model. It is applied in this work using the open source CFD code Code_Saturne, coupled with the mesoscale forecast model of Météo-France (ALADIN). The improvement is obtained by combining the mesoscale data as inlet condition and field measurement data assimilation into the CFD model. Newtonian relaxation (nudging) data assimilation technique is used to incorporate the measurement data into the CFD simulations. The methodology to reconstruct long term averages uses a clustering process to group the similar meteorological conditions and to reduce the number of CFD simulations needed to reproduce 1 year of atmospheric flow over the site. The assimilation procedure is carried out with either sonic or cup anemometers measurements. First a detailed analysis of the results obtained with the mesoscale-CFD coupling and with or without data assimilation is shown for two main wind directions, including a sensitivity study to the parameters involved in the coupling and in the nudging. The last part of the work is devoted to the estimate of the wind potential using clustering. A comparison of the annual mean wind speed with measurements that do not enter the assimilation process and with the WAsP model is presented. The improvement provided by the data assimilation on the distribution of differences with measurements is shown on the wind speed and direction for different configurations

Ce mémoire traite de la problématique d’hybridation éolienne-hydrolienne. Elle pose d’abord l’hypothèse d’une éolienne basée sur une Machine Synchrone à Aimants Permanents (MSAP) et une hydrolienne utilisant une Machine Asynchrone à Double Alimentation (MADA). Puis, elle présente la modélisation des différents éléments qui composent chacune des chaines de conversion, de la turbine à la connexion au réseau en passant par la machine électrique et les convertisseurs statiques. Des stratégies de commande y sont aussi développées. Celles-ci permettent d’extraire le maximum d’énergie tout en tenant compte des limites des systèmes. La thèse étudie également deux possibilités de couplage d’une éolienne et hydrolienne qui toutes deux utilisent une MSAP. Les résultats de simulation obtenus des modèles que nous avons développés dans l’environnement Matlab/Simulink/ SimpowerSystem permettent de valider les stratégies de commande utilisées et de conclure qu’un bon choix serait d’opter pour le couplage au niveau du bus continu. / AThis thesis addresses the problem of wind-tidal turbines hybridization. It first raises the hypothesis of a wind turbine based on Synchronous Permanent Magnet Machine (PMSM) and a tidal using a Double-Fed Induction Generator (DFIG). So, it presents the modeling of different elements that make up each system studied, from the turbine to the network connection through the electric machine and static converters. Control strategies are also developed. These are used to extract the maximum energy while taking into account the limitations of the systems. The thesis also examines two possible coupling of wind and tidal turbines which both use a PMSM. The simulation results of the models that we have developed in Matlab / Simulink / SimpowerSystem allow to validate the control strategies and conclude that a good choice would be to opt for coupling to the DC bus.

La thèse se décompose en deux parties. La première concerne l'utilisation du code de CFD atmosphérique Mercure Saturne pour estimer le potentiel éolien en terrain complexe. Une campagne de mesure a été menée par EDF pour disposer de données d'entrée et de validation. Une méthodologie a été développée utilisant des profils méso-échelle comme conditions limites du code CFD. Elle utilise la classification automatique pour réduire le nombre de simulations nécessaires au calcul du potentiel. La validation du code sur le cas connu de la colline d'Askervein, la méthodologie et les comparaisons avec les mesures sur le site complexe choisi sont présentées et discutées. La seconde partie concerne l'étude des sillages avec le code Mercure Saturne. Une méthode de représentation des efforts, exercés par les pales sur le vent, utilisant des termes sources a été implémentée. Ces derniers sont calculés par la méthode BEM. Deux comparaisons en soufflerie sont proposées pour la validation / This thesis is organized in two parts. The first part presents the use of the atmospheric CFD code Mercure Saturne to estimate the wind resource in complex terrain. A measurement campaign was led by EDF to obtain data for validation. A methodology was developed using meso-scale profiles as boundary conditions. Clustering of meteorological situations was used to reduce the number of simulations needed to calculate the wind resource. The validation of the code on the Askervein hill, the methodology and comparisons with measurements from the complex site are presented. The second part presents the modeling of wakes with the Mercure Saturne code. Forces, generated by the blades on the wind, are modeled by source terms, calculated by the BEM method. Two comparisons are proposed to validate the method : the first compares the numerical model with wind tunnel measurements from a small wind turbine, the second with measurements made on porous disks in an atmospheric boundary layer wind tunnel

L'énergie éolienne jouant un rôle de plus en plus important dans le réseau électrique, elle ne peut plus être considérée comme une source d'énergie marginale. Par conséquent, l'impact sur le réseau de l'intermittence, inhérente à ce type d'énergie devient non négligeable. L'utilisation du stockage est une des principales solutions à ce problème d'intégration. Ce travail porte sur l'optimisation du système éolien/stockage en considérant la dynamique de l'éolien, la capacité de stockage et l'interaction avec le réseau. L'objectif consiste à répondre aux exigences du réseau en limitant les fluctuations, à fournir des services-systèmes tout en mettant en avant la rentabilité économique du système. La méthode de gestion proposée s'appuie sur deux niveaux de pilotage : l'anticipation et la gestion réactive. La première phase consiste à utiliser des informations de prévisions (météorologiques, contraintes du réseau, conditions du marché électrique...) afin de définir par avance le programme de fonctionnement optimal du système de stockage. La deuxième phase étudie le fonctionnement en temps réel, où le système doit faire face aux perturbations et respecter les règles du mécanisme d'ajustement. Le problème est complexe avec de nombreuses variables de contrôle discrètes et continues. La Programmation Mixte Linéaire (PML) est utilisée pour résoudre efficacement le problème. La stratégie de fonctionnement optimale proposée sera validée sur un simulateur hors temps réel et un simulateur en temps réel.

Ce travail présente une étude détaillée des caractéristiques et des variations journalières et saisonnières du vent obtenues à partir des données de deux radars UHF profileurs de vent installés à Bamako en 2005 et à Niamey en 2006. Les pics du jet nocturne observés atteignent 14 ms-1 à 500m d'altitude. Ce jet est aussi présent à 150m. On note la présence d'un important cisaillement de vent aux conséquences aéronautiques non négligeables. Le cycle du vent est caractérisé par un fort cycle diurne ainsi qu'un cycle saisonnier bien distinct. Une évaluation du potentiel éolien est faite suivant deux méthodes : celle s'appuyant sur les distributions de vent observées directement sur les sites et celle utilisant les distributions statistiques de Weibull. Les variations mensuelles du module du vent et les distributions statistiques des vitesses sont présentées, de même que les paramètres de Weibull correspondants et les puissances moyennes récupérables. Les valeurs des paramètres de Weibull du jour et de la nuit sont comparées. Les résultats montrent que le jet nocturne est une importante source d'énergie à condition que les aérogénérateurs soient placés à 150m d'altitude et que de larges capacités de stockage d'énergie soient installées pour que l'énergie produite et stockée la nuit puisse être utilisée pendant la journée. Les résultats de l'étude économique montrent que cette énergie est bon marché en comparaison avec les autres sources d'énergie renouvelables.

Cette thèse est consacrée à l'étude de l'aérodynamique des éoliennes, elle est divisée en deux parties principales, l'une expérimentale, l'autre concerne la modélisation et la simulation numérique. Les champs de vitesses en aval d'une éolienne tripale à axe horizontal sont explorés dans la soufflerie de l'ENSAM-Paris. Deux techniques de mesure sont mises en œuvre ; l'anémométrie à fil chaud et la vélocimétrie par images de particules (PIV). Le travail expérimental, met en évidence la structure du sillage proche de l'éolienne et fournit des données importantes pour valider les simulations numériques et les modèles hybrides qui sont étudiés. Dans les travaux de simulation numérique, deux modèles hybrides ont été définis et mis en œuvre : un modèle de disque actif (DA) et un modèle de cylindre actif (CA), couplés avec une simulation basée sur la résolution numérique des équations de Navier-Stokes. Ces modèles sont validés sur la puissance de l'éolienne ainsi que sur le champ de vitesse en aval du rotor. Pour la puissance, les résultats numériques sont comparés avec les données expérimentales issues des essais réalisés par le NREL sur les éoliennes NREL phase II et VI. Pour les champs de vitesse, les simulations sont comparées avec les résultats d'exploration en aval d'une éolienne Rutland 503 dans la soufflerie de l'ENSAM. Dans les deux cas de validation, puissance et sillage, l'accord entre les données expérimentales et les résultats fournis par les modèles hybrides est correct. Les modèles hybrides testés sont également utilisés pour étudier l'interaction entre des éoliennes identiques placées l'une derrière l'autre. Les résultats obtenus mettent en évidence l'effet de l'espacement entre les machines ainsi que l'effet de la vitesse du vent à l'infini amont.

La façade littorale du Grand Port Maritime de Dunkerque est une cellule sédimentaire quasi-fermée où les formes dunaires résultent de l'imbrication de facteurs humains et naturels. Ce littoral peut être divisé en deux parties : la partie Ouest est constituée d'un cordon bordier sur une longueur de 7 km (plage du Clipon) et le long de la partie Est, la plage est adossée à une digue en enrobé bitumineux de 6 km de long (digue du Braek) où des transferts sableux se produisent. L'objectif de cette étude est de (1) caractériser les formes dunaires et leur évolution sur un site artificiel, (2) quantifier le transport éolien sur le haut de plage, le versant externe de la dune bordière et la digue du Braek, et (3) proposer des mesures de gestion afin de remédier aux contraintes d'exploitation engendrées par les dépôts éoliens sur les infrastructures. A moyen terme (28 ans), l'analyse diachronique de photographies aériennes montre que les superficies dunaires ont fortement augmenté depuis 1983. A court terme (2 ans), des mesures topographiques révèlent que les dunes continuent de se développer aujourd'hui mais gardent la marque des interventions anthropiques passées. Sur la digue du Braek, des formes dunaires se sont naturellement constituées sur l'asphalte. Le sable a été colonisé par Ammophila arenaria qui s'est enraciné sous l'enrobé par l'intermédiaire de fissures. Une typologie de ces dunes de digue a été proposée. A l'Est, des dunes se développent en pied de digue en raison de l'interruption des transferts sédimentaires longitudinaux par une jetée. Des piégeages éoliens in situ ont montré que le transport éolien était essentiellement contrôlé par la vitesse du vent et la source de sable disponible. Par vents frontaux et obliques, les dunes de pied de digue constituent la principale source des envols, et le transport éolien est favorisé par une accélération du vent sur le versant exposé. Différents types de brise-vent ont été testés sur l'ensemble du site afin de trouver le meilleur mode de gestion souple de ces envols de sable. Ces analyses montrent que si la localisation des structures brise-vent a une grande influence sur leur efficacité, les systèmes habituellement utilisés sur les plages (ganivelles, filets synthétiques) peuvent aussi favoriser le développement de dunes sur une digue en asphalte. Les mesures de gestion envisagées sont la stabilisation des principales sources de sable en pied de digue ainsi que le renforcement de la dune bordière aux endroits les plus fragiles.

Le travail présenté dans cette thèse s'inscrit dans la problématique du transport éolien du sable.<br />L'étude principale porte sur un aspect particulier du transport par saltation. La saltation désigne le mouvement par saut des grains de sable emportés par le vent. Lors du rebond du grain en saltation sur le lit de sable, certains grains peuvent ètre éjectés. Ce mécanisme d'éjection a été étudié à partir d'une expérience modèle de collision d'une bille sur un empilement bidimensionnel de mêmes billes. Une étude détaillée de ce processus a été réalisée, en fonction de la vitesse d'impact de la bille incidente, de la hauteur de l'empilement, des propriétés élastiques des billes ainsi que de la géométrie de l'empilement. Des lois de distribution des vitesses d'éjection ont été établies. Par ailleurs, nous avons montré que le processus d'éjection est extrèmement sensible au désordre au sein de l'empilement: dans le cas d'un empilement désordonné, un plus grand nombre de billes est éjecté. Enfin, nous avons développé un modèle phénoménologique basé sur une description simplifiée de la propagation à travers l'empilement, de l'onde de déformation générée par le choc. Ce modèle permet d'interpréter certains résultats expérimentaux du processus d'éjection. <br />La dernière partie de cette thèse aborde certains aspects du transport éolien à une autre échelle: celle des structures éoliennes telles que les rides et les dunes. Un modèle de formation des rides éoliennes est proposé qui est capable de prédire l'évolution spatio-temporelle de ces structures. Les paramètres du modèle sont reliés directement aux lois d'éjection déterminées expérimentalement. Nous avons mis en évidence notamment un phénomène de murissement des rides: la longueur d'onde augmente au cours du temps, ce qui est observé expérimentalement.

ACette thèse s’inscrit dans la continuité des travaux menés sur les problématiques des énergies renouvelables par le laboratoire GREAH. Elle est financée par la communauté de l’agglomération havraise (CODAH). Les taux de fluctuation de la puissance sont réglementés dans des codes de réseaux établis par des gestionnaires de réseau électrique dans le but de minimiser l’impact de ces fluctuations sur la fréquence et la tension du réseau. Comme l’énergie éolienne est de nature fluctuante, nous proposons dans ce rapport des solutions dans le cas où les taux de fluctuations de la production éolienne offshore dépassent ces limites. Parmi ces solutions, la capacité du parc éolien à lisser sa propre puissance ou par intégrations des unités de stockage; dans le premier cas l’utilisation d’une réserve de puissance dans les éoliennes est possible, pour créer cette réserve deux méthodes sont proposées et leurs performances évaluées. Pour deuxième solutions, une méthodologie sera proposée pour déterminer la technologie du stockage. Des propositions pour construire des parcs éoliens offshore avec des technologies en courant continu sont apparues. Pour permettre un couplage répondant et une bonne fiabilité des dispositifs d’électroniques de puissance utilisés dans la conception de ces nouveaux parcs, nous proposons dans ce rapport des convertisseurs adéquats et des stratégies de commandes qui assurent leurs stabilités. / The research work performed in this thesis is in the framework of issues related of renewable energies led by GREAH laboratory. The research work has been funded by Le Havre Municipality Assembly (CODAH). The requirements of power fluctuations in the grid are given by the grid code established by the electricity utilities companies in order to mitigate the impact of the wind power fluctuation on frequency and voltage in electrical grid. As wind energy has a fluctuating behavior, solutions have been proposed in this thesis for the situation where the power produced by an offshore wind power plant exceeds the threshold given by the grid code. Among the solutions, we can quote the ability of the wind power plant to smooth its own power production or integrate storage units. In the first case, the use of power reserve in wind turbines is possible and two methods have been proposed, and their performance evaluated. For the second solution, a methodology to find and to choose out the storage technology has been discussed. Proposals to build offshore wind farms with technologies using direct current (DC) have emerged. To get a coupling which fulfills the requirement of good reliability of power electronic devices used for the design of new wind farms, it has been proposed in this thesis adequate converters and control strategies that ensure their stability.