Les turbines à axe vertical attirent de plus en plus l'attention dans le secteur de la production d'énergie éolienne et hydrolienne. Ce concept de turbine possède quelques avantages intéressants par rapport aux turbines à axe horizontal qui sont déjà bien établies dans le domaine éolien. En fait, des travaux récents ont suggéré que les turbines à axe vertical pourraient être favorablement utilisées dans un contexte de déploiement en parc de turbines. Par contre, cette technologie est relativement jeune et davantage de travaux de recherche et développement sont nécessaires afin d'évaluer pleinement leur potentiel en vue d'une utilisation en parc. En effet, il faut mieux caractériser les performances de ces turbines, trouver des moyens d'améliorer leur efficacité aérodynamique et comprendre les différents mécanismes physiques affectant la ré-énergisation de leur sillage afin de tirer des conclusions éclairées quant à leur éventuelle utilisation dans un parc éolien ou hydrolien. Dans ce contexte, la présente thèse vise à étudier l'impact de deux considérations de design sur l'efficacité et sur le sillage des turbines à axe vertical : l'utilisation de plaques de bout détachées et l'effet des bras de support des pales. Dans un premier temps, l'effet des plaques de bout détachées sur les performances et sur le sillage d'une turbine à axe vertical est étudié. Une plaque de bout détachée consiste en une mince plaque fixe située très près du bout des pales de la turbine, mais sans être en contact avec ces dernières. À l'aide de simulations numériques (CFD), deux géométries de plaques de bout détachées sont simulées sur une turbine à axe vertical : une géométrie circulaire et une en forme de demi-anneau. Les résultats obtenus démontrent que ces deux géométries de plaques de bout détachées permettent d'améliorer considérablement l'efficacité de la turbine à axe vertical considérée. Cette augmentation s'explique principalement par l'interaction visqueuse qui se forme entre les pales de la turbine et les plaques debout détachées. Cette interaction cause une hausse de la circulation et de la portance près du bout des pales, ce qui entraîne une augmentation de la puissance extraite de l'écoulement. En ce qui a trait au sillage, il est également démontré que l'utilisation de plaques de bout détachées en forme de demi-anneau permet d'accélérer la récupération de vitesse derrière la turbine à axe vertical considérée. L'interaction visqueuse entre les pales de la turbine et les plaques de bout détachées en forme de demi-anneau est favorable à l'induction de vitesse dans la direction de l'envergure des pales dans le sillage de la turbine, et cette induction de vitesse est bénéfique à la ré-énergisation du sillage. Pour cette raison, la récupération de vitesse dans le sillage d'une turbine avec de telles plaques de bout détachées est plus rapide que dans le sillage d'une turbine de référence (sans plaques de bout détachées). Dans un second temps, toujours à l'aide de simulations numériques, l'effet du design et du positionnement des bras de support servant à soutenir les pales de la turbine à axe vertical est étudié. Les résultats démontrent que des bras de support placés au bout des pales sont moins nuisibles à l'efficacité de la turbine que des bras placés à d'autres positions intermédiaires le long de l'envergure. De plus, il est montré que l'utilisation d'une jonction arrondie entre les pales et les bras de support permet d'augmenter l'efficacité des turbines de manière très importante. En fait, l'utilisation de telles jonctions arrondies permet de réduire l'énergie cinétique des tourbillons de bout de pales, et donc, de diminuer considérablement leur traînée induite. Ainsi, ces jonctions arrondies aident à uniformiser l'écoulement le long des pales de la turbine et à atteindre des valeurs d'efficacité très intéressantes. Concernant le sillage, la position des bras de support affecte la distribution spatiale de la vorticité qui est éjectée dans ce dernier. Les résultats présentés démontrent que des bras de support situés au bout des pales sont légèrement nuisibles à la récupération de vitesse par rapport à des bras de support situés à d'autres positions intermédiaires le long de l'envergure de la turbine. Toutefois, en raison de l'augmentation significative d'efficacité, l'utilisation de bras de bout de pales à jonctions arrondies demeure une option très intéressante pour les turbines à axe vertical. / Vertical-axis turbines have gained increasing attention in the wind and hydrokinetic energy sectors in recent years. This type of turbine has several interesting advantages over the well-established horizontal-axis wind turbine concept and recent works have suggested that vertical-axis turbines could be favorable for applications in turbine farms. However, this technology is relatively young and more research and development is needed to fully assess their potential in turbine farms. Indeed, it is crucial to better characterize the performance of vertical-axis turbines, find ways to improve their aerodynamic efficiency and understand the different physical mechanisms affecting their wake recovery in order to draw informed conclusions about their eventual use in wind farms and hydrokinetic turbine farms. In this context, the present thesis aims at studying the impact of two design considerations on the efficiency and on the wake recovery of vertical-axis turbines: the use of detached end-plates and the effect of the blade support structures.Firstly, the effect of detached end-plates on the performance and on the wake recovery of a vertical-axis turbine is investigated. A detached end-plate consists of a thin stationary plate that is located very close to the tips of the turbine blades, but not in contact with them. Using numerical simulations (CFD), two geometries of detached end-plates are simulated on a vertical-axis turbine: a circular geometry and a semi-annular one. The results show that these two geometries of detached end-plates allow to significantly increase the efficiency of the vertical-axis turbine considered. The efficiency enhancement can be explained by the viscous interaction that takes place between the turbine bladesand the detached end-plates. This interaction increases the circulation and the lift near the blade tips,which also increases the power extracted from the flow. Regarding the wake, it is shown that the use of semi-annular detached end-plates leads to a faster velocity recovery downstream of the vertical-axis turbine considered. The viscous interaction between the blades and the semi-annular detached end-plates is favorable to the velocity that is induced in the spanwise direction in the turbine wake, and this velocity induction is beneficial to the wake re-energization. Consequently, the velocity recovery in the wake of the turbine with semi-annular detached end-plates is faster than that in the wake of the reference turbine (without detached end-plates).Secondly, always using numerical simulations, the effect of the design and of the position of the blade support structures (i.e., the struts) is investigated on a vertical-axis turbine. The results show that the struts are less detrimental to the turbine efficiency if they are located at the tips of the turbine blades, rather than at other intermediate positions along the blade span. Moreover, it is shown that the use of rounded blade-strut junction geometries allows to increase the turbine efficiency very significantly. Indeed, the use of rounded blade-strut junctions reduces the kinetic energy of the blade tip vortices, and thus, decreases the induced drag considerably. Therefore, rounded blade-strut junctions help to obtain a flow that is essentially two-dimensional over a significant portion of the turbine blades and they also help to reach very interesting efficiency values. Regarding the wake recovery, the position of the struts along the blade span affects the spatial distribution of the vorticity shed in the turbine wake.The results show that struts located at the blade tips are slightly detrimental to the wake recovery incomparison with struts located at other intermediate positions along the blade span. However, because of the significant increase in efficiency, the use of rounded tip struts remains a very interesting option for vertical-axis turbines.

Titre de l'écran-titre (visionné le 17 novembre 2020) / Les turbines à axe vertical longtemps gardées dans l'ombre des turbines à axe horizontal commencent depuis quelques années à prendre davantage de place sur le marché des énergies renouvelables. Ce nouvel engouement pour cette technologie est notamment dû aux récentes avancées quant à leur efficacité les rendant de plus en plus concurrentielles. Ce présent mémoire s'inscrit dans la recherche sur l'amélioration de cette technologie en considérant l'utilisation de pales flexibles agissant comme un système passif de variation d'angle d'attaque. Il sera question dans un premier temps d'une étude 2D employant une turbine à pales droites munie d'un bord de fuite flexible. Cette étude est réalisée dans un premier temps afin de sélectionner les meilleures caractéristiques pour une étude 3D qui est menée par la suite. Un modèle employant la mécanique des fluides numériques couplé à un modèle d'élément fini est employé et validé dans ce mémoire. Le logiciel OpenFOAM utilisant une librairie maison pour le couplage solide est utilisé en 2D. La résolution du domaine 3D est quant à elle réalisée en employant le logiciel StarCCM+ ainsi qu'un couplage fluide structure intégrée à même le logiciel. Également, la modélisation de la turbulence est réalisée en employant le modèle de turbulence RANS k-ω SST, dans sa forme instationnaire. Les résultats de la première étude 2D montrent une augmentation de l'efficacité pour des conditions d'opération en dessous et au-delà du point de meilleur rendement. Cependant, il est également démontré que l'utilisation de pales flexibles diminue l'efficacité de la turbine à son point de meilleur rendement. Enfin, l'impact des effets 3D sur le comportement dynamique des pales flexibles vient changer les observations réalisées en 2D au point de meilleur rendement. En effet, la modélisation tridimensionnelle du problème permet de mettre en lumière une augmentation globale de l'efficacité de la turbine en réduisant considérablement la traînée des pales en agissant directement sur la formation des tourbillons de bout de pale / Vertical-axis turbines, long kept in the shadow of horizontal-axis turbines, are starting to gain more importance in the renewable energy market nowadays. This new trend comes from recent advances in the efficiency, making them more competitive. This thesis takes part in the actual research by considering a flexible blade as a possible passive system to improve the efficiency of this technology. At first, a 2D study using a straight blade turbine with a flexible trailing edge is done in order to select the best characteristics for a 3D study which is carried out subsequently. A model employing computational fluid dynamic coupled to a finite element model is used and validated in this thesis. OpenFOAM software is used with an in-house library which allows fluid-solid couplings in 2D. The resolution of the 3D domain is conducted by using StarCCM+ software as well as a fluid-solid coupling integrated into the software. Also, the turbulence modeling is performed using the unsteady form of the RANS k-ω SST turbulence model. The result of the 2D study shows an increase in efficiency for the operating conditions below and above the optimal efficiency point compared with a turbine with rigid blade. It is also shown that the flexible blades decrease the efficiency of the turbine at the optimal efficiency point. However, the impact of 3D effects on the dynamic behaviour of flexible blades changes the observations made in 2D at the optimal efficiency point. Indeed, the threedimensional modeling of the problem makes it possible to highlight an overall increase in the efficiency of the turbine by considerably reducing the vortex drag of the blades by acting directly on the formation of the tip vortices.

Les turbines à axe vertical attirent de plus en plus l'attention dans le secteur de la production d'énergie éolienne et hydrolienne. Ce concept de turbine possède quelques avantages intéressants par rapport aux turbines à axe horizontal qui sont déjà bien établies dans le domaine éolien. En fait, des travaux récents ont suggéré que les turbines à axe vertical pourraient être favorablement utilisées dans un contexte de déploiement en parc de turbines. Par contre, cette technologie est relativement jeune et davantage de travaux de recherche et développement sont nécessaires afin d'évaluer pleinement leur potentiel en vue d'une utilisation en parc. En effet, il faut mieux caractériser les performances de ces turbines, trouver des moyens d'améliorer leur efficacité aérodynamique et comprendre les différents mécanismes physiques affectant la ré-énergisation de leur sillage afin de tirer des conclusions éclairées quant à leur éventuelle utilisation dans un parc éolien ou hydrolien. Dans ce contexte, la présente thèse vise à étudier l'impact de deux considérations de design sur l'efficacité et sur le sillage des turbines à axe vertical : l'utilisation de plaques de bout détachées et l'effet des bras de support des pales. Dans un premier temps, l'effet des plaques de bout détachées sur les performances et sur le sillage d'une turbine à axe vertical est étudié. Une plaque de bout détachée consiste en une mince plaque fixe située très près du bout des pales de la turbine, mais sans être en contact avec ces dernières. À l'aide de simulations numériques (CFD), deux géométries de plaques de bout détachées sont simulées sur une turbine à axe vertical : une géométrie circulaire et une en forme de demi-anneau. Les résultats obtenus démontrent que ces deux géométries de plaques de bout détachées permettent d'améliorer considérablement l'efficacité de la turbine à axe vertical considérée. Cette augmentation s'explique principalement par l'interaction visqueuse qui se forme entre les pales de la turbine et les plaques debout détachées. Cette interaction cause une hausse de la circulation et de la portance près du bout des pales, ce qui entraîne une augmentation de la puissance extraite de l'écoulement. En ce qui a trait au sillage, il est également démontré que l'utilisation de plaques de bout détachées en forme de demi-anneau permet d'accélérer la récupération de vitesse derrière la turbine à axe vertical considérée. L'interaction visqueuse entre les pales de la turbine et les plaques de bout détachées en forme de demi-anneau est favorable à l'induction de vitesse dans la direction de l'envergure des pales dans le sillage de la turbine, et cette induction de vitesse est bénéfique à la ré-énergisation du sillage. Pour cette raison, la récupération de vitesse dans le sillage d'une turbine avec de telles plaques de bout détachées est plus rapide que dans le sillage d'une turbine de référence (sans plaques de bout détachées). Dans un second temps, toujours à l'aide de simulations numériques, l'effet du design et du positionnement des bras de support servant à soutenir les pales de la turbine à axe vertical est étudié. Les résultats démontrent que des bras de support placés au bout des pales sont moins nuisibles à l'efficacité de la turbine que des bras placés à d'autres positions intermédiaires le long de l'envergure. De plus, il est montré que l'utilisation d'une jonction arrondie entre les pales et les bras de support permet d'augmenter l'efficacité des turbines de manière très importante. En fait, l'utilisation de telles jonctions arrondies permet de réduire l'énergie cinétique des tourbillons de bout de pales, et donc, de diminuer considérablement leur traînée induite. Ainsi, ces jonctions arrondies aident à uniformiser l'écoulement le long des pales de la turbine et à atteindre des valeurs d'efficacité très intéressantes. Concernant le sillage, la position des bras de support affecte la distribution spatiale de la vorticité qui est éjectée dans ce dernier. Les résultats présentés démontrent que des bras de support situés au bout des pales sont légèrement nuisibles à la récupération de vitesse par rapport à des bras de support situés à d'autres positions intermédiaires le long de l'envergure de la turbine. Toutefois, en raison de l'augmentation significative d'efficacité, l'utilisation de bras de bout de pales à jonctions arrondies demeure une option très intéressante pour les turbines à axe vertical. / Vertical-axis turbines have gained increasing attention in the wind and hydrokinetic energy sectors in recent years. This type of turbine has several interesting advantages over the well-established horizontal-axis wind turbine concept and recent works have suggested that vertical-axis turbines could be favorable for applications in turbine farms. However, this technology is relatively young and more research and development is needed to fully assess their potential in turbine farms. Indeed, it is crucial to better characterize the performance of vertical-axis turbines, find ways to improve their aerodynamic efficiency and understand the different physical mechanisms affecting their wake recovery in order to draw informed conclusions about their eventual use in wind farms and hydrokinetic turbine farms. In this context, the present thesis aims at studying the impact of two design considerations on the efficiency and on the wake recovery of vertical-axis turbines: the use of detached end-plates and the effect of the blade support structures. Firstly, the effect of detached end-plates on the performance and on the wake recovery of a vertical-axis turbine is investigated. A detached end-plate consists of a thin stationary plate that is located very close to the tips of the turbine blades, but not in contact with them. Using numerical simulations (CFD), two geometries of detached end-plates are simulated on a vertical-axis turbine: a circular geometry and a semi-annular one. The results show that these two geometries of detached end-plates allow to significantly increase the efficiency of the vertical-axis turbine considered. The efficiency enhancement can be explained by the viscous interaction that takes place between the turbine blades and the detached end-plates. This interaction increases the circulation and the lift near the blade tips, which also increases the power extracted from the flow. Regarding the wake, it is shown that the use of semi-annular detached end-plates leads to a faster velocity recovery downstream of the vertical-axis turbine considered. The viscous interaction between the blades and the semi-annular detached end-plates is favorable to the velocity that is induced in the spanwise direction in the turbine wake, and this velocity induction is beneficial to the wake re-energization. Consequently, the velocity recovery in the wake of the turbine with semi-annular detached end-plates is faster than that in the wake of the reference turbine (without detached end-plates). Secondly, always using numerical simulations, the effect of the design and of the position of the blade support structures (i.e., the struts) is investigated on a vertical-axis turbine. The results show that the struts are less detrimental to the turbine efficiency if they are located at the tips of the turbine blades, rather than at other intermediate positions along the blade span. Moreover, it is shown that the use of rounded blade-strut junction geometries allows to increase the turbine efficiency very significantly. Indeed, the use of rounded blade-strut junctions reduces the kinetic energy of the blade tip vortices, and thus, decreases the induced drag considerably. Therefore, rounded blade-strut junctions help to obtain a flow that is essentially two-dimensional over a significant portion of the turbine blades and they also help to reach very interesting efficiency values. Regarding the wake recovery, the position of the struts along the blade span affects the spatial distribution of the vorticity shed in the turbine wake. The results show that struts located at the blade tips are slightly detrimental to the wake recovery in comparison with struts located at other intermediate positions along the blade span. However, because of the significant increase in efficiency, the use of rounded tip struts remains a very interesting option for vertical-axis turbines.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Titre de l'écran-titre (visionné le 1er mai 2023) / Ce mémoire de maîtrise porte sur l'amélioration des performances des turbines à axe vertical. La solution proposée est d'équiper ces turbines de profils aérodynamiques déformables, qui sont capables de se déformer à différents angles d'azimut afin d'atteindre le maximum d'efficacité possible. Les deux tiers de la corde du profil aérodynamique des pales sont considérés comme déformables, tandis que l'autre tiers situé au bord d'attaque est considéré comme rigide. Le profil aérodynamique subit une déformation active, donc la déformation peut être appliquée tout au long du cycle de façon dynamique. Ainsi, dans un cycle complet, la pale peut avoir des formes différentes avec le bord de fuite qui pointe vers l'intérieur ou vers l'extérieur du cercle qui circonscrit la turbine avec des amplitudes différentes. Pour l'étude, le logiciel commercial StarCCM+ et les équations de Navier-Stokes moyennées (Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes, URANS) sont utilisés en 2D afin de caractériser le comportement de la turbine pendant la rotation. Pour simuler le mouvement de déformation du profil aérodynamique, une technique de maillage superposé (overset mesh) est utilisée en conjonction avec une technique de krigeage (Radial Basis Function, RBF) pour déformer et déplacer le maillage en fonction de la déformation de la pale. Divers profils aérodynamiques, y compris des profils aérodynamiques non déformés, des profils aérodynamiques déformés statiquement et des profils aérodynamiques dynamiquement déformables, sont examinés et comparés en termes de leurs performances. Divers facteurs sont discutés tels que : le rapport de vitesse en bout de pale (tip-speed ratio), l'amplitude de déformation du profil aérodynamique et les périodes où les déformations sont appliquées. Les profils aérodynamiques déformables permettent d'augmenter l'efficacité de la turbine quel que soit le rapport de vitesse en bout de pale. Lorsque la turbine fonctionne à des rapports de vitesse non optimaux, les performances de la turbine sont améliorées de manière significative. Néanmoins, une augmentation de 3,55% est tout de même obtenue au rapport de vitesse optimal par rapport aux profils aérodynamiques non déformés. / This master's thesis focuses on improving the performance of vertical axis turbines. The proposed solution is to equip these turbines with deformable airfoils, which are capable of deforming at different azimuthal angles in order to achieve better efficiency. Two-thirds of the airfoil's chord is considered deformable, while one-third is considered undeformed at the leading edge. The airfoil undergoes active deformations such that the deformation can be applied and modified dynamically throughout the cycle. Thus, in one complete cycle, the airfoil may have different shapes with the trailing edge pointing inward or outward with different amplitudes. For the study, the commercial finite-volume software StarCCM+ is used and the 2D Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes (URANS) model is employed in order to characterize the turbine's behavior during rotation. An overset mesh technique is used in conjunction with radial basis function in order to deform and move the mesh with respect to the blade deformation. Various airfoils, including undeformed airfoils, morphed deformed airfoils, and dynamically deformable airfoils, are examined and compared with respect to their performance. Various factors such as the tip-speed ratio, airfoil amplitudes, and the periods where deformations are applied are discussed. Deformable airfoils can increase the efficiency of the turbine regardless of the tip speed ratio. When the turbine is operated at non-optimal tip speed ratios, the performance of the turbine is enhanced significantly. Nevertheless, an increase of 3.55% is still reported at the optimal tip speed ratio compared to undeformed airfoils.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre des énergies renouvelables au sein du programme HARVEST du laboratoire LEGI, qui consiste à développer un concept d'hydrolienne de type Darrieus. L'hydrolienne peut être équipée d'un dispositif appelé carénage afin de transformer une portion plus grande de l'énergie cinétique contenue dans le courant d'eau en électricité. Les travaux présentés se sont focalisés sur ces systèmes de carénage, autour de trois axes : l'explication du principe de fonctionnement hydrodynamique du carénage, la quantification des performances de l'hydrolienne carénée et la mise en évidence des grandeurs géométriques clés du carénage permettant d'améliorer ou d'optimiser la performance du système. Toutes les études ont été réalisées à l'aide des calculs RANS 2D et des données expérimentales mises à disposition et, comparées aux résultats obtenus pour une hydrolienne non-carénée.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre des énergies renouvelables au sein du programme HARVEST du laboratoire LEGI, qui consiste à développer un concept d'hydrolienne de type Darrieus. L'hydrolienne peut être équipée d'un dispositif appelé carénage afin de transformer une portion plus grande de l'énergie cinétique contenue dans le courant d'eau en électricité. Les travaux présentés se sont focalisés sur ces systèmes de carénage, autour de trois axes : l'explication du principe de fonctionnement hydrodynamique du carénage, la quantification des performances de l'hydrolienne carénée et la mise en évidence des grandeurs géométriques clés du carénage permettant d'améliorer ou d'optimiser la performance du système. Toutes les études ont été réalisées à l'aide des calculs RANS 2D et des données expérimentales mises à disposition et, comparées aux résultats obtenus pour une hydrolienne non-carénée. / The general context of the present thesis is renewable energies within the HARVEST program initialized at LEGI laboratory, which consists in developing a Darrieus-type water current turbine (WCT). The WTC can be equipped with a channelling device which allows transforming a bigger amount of the kinetic energy contained in the flowstream into electricity. The present work is focused on the channelling devices. Studies concern three main topics: the explanation of the channelling device hydrodynamic functioning, the evaluation of the performance of the shrouded WCT and the revealing of the system geometrical parameters which allow its improvement or optimisation. All studies have been carried out by 2D RANS calculations and available experimental data, and have been compared to bare WTC results.

L'exploitation de l'énergie cinétique des courants marins ou fluviaux est une source d'énergie prometteuse et renouvelable. Les performances hydrodynamiques des hydroliennes sont à ce jour bien connues et l'attention se porte sur la compréhension des phénomènes de parc et l'interaction entre machines. Ce document présente la construction d'un modèle simplifié (ou méthode d'équivalence) pour les turbines à axe de rotation vertical. Une étape préliminaire consiste à valider l'utilisation de la méthode de maillage rotatif proposée par Code_Saturne (solveur CFD open source). La simulation de la turbine Darrieus/Achard A10 en 2D met en évidence une bonne concordance des mesures expérimentales (PIV). Cet outil sert dans une seconde étape à mettre au point un modèle simplifié de ces mêmes turbines. Celui-ci consiste à représenter la turbine dans l'écoulement par son équivalent en termes sources de quantité de mouvement sur la base d'une paramétrisation efficace des données empiriques. La méthode est validée pour une large plage de vitesses de rotation et de confinements, et sur plusieurs machines. La représentation du sillage par par les deux méthode de simulation est ensuite étudiée en détail. Des mesures par la technique de LDV dans le sillage proche d'un modèle réduit sont effectuées et établissent une référence expérimentale nécessaire pour ce type de machine. La dépendance forte des deux méthodes de simulation aux paramètres et aux modèles de turbulence est constatée. Deux phénomènes principaux sont relevés : la diffusion turbulente et les instabilités à grandes échelles. Des calculs de rendement sur des dispositions de machines variables illustrent l'applicabilité du modèle. Ils mettent notamment en avant l'effet positif de l'intensité turbulente ambiante sur le rendement dans un parc. / Harnessing kinetic energy from oceans or rivers is a promising source of renewable energy. The hydrodynamical performance of water turbines is well known and the focus is now on array optimization and turbine interaction. The present document aims to introduce a new modeling solution for vertical axis water current turbine of Darrieus/Achard type and its construction methodology. A preliminary stage consists in the validation of the new sliding mesh method available in Code_Saturne, EDF CFD open source solver. The good results obtained by comparison with PIV measurements on the Achard type turbine allow the use of this method as a reference tool. The second stage sees the construction of an equivalence model for the Darrieus turbine using momentum source terms. These terms are calculated thanks to an efficient parametrization of empirical data. The comparison of the model with full geometry calculation shows a good agreement in terms of power for a wide range of rotational velocity and blocking ratio. LDV measurements in the near wake of a small scale Achard turbine give a necessary reference set of data. The wake given by both simulations is strongly dependent of turbulence parameters or models, with the cohabitation of two main phenomena : momentum turbulent diffusion, and large scale fluctuations. To conclude, a calculation of the power output for several turbine distributions in an array illustrates the model capability.

La technique d'intégration des systèmes éoliens verticaux (VAWT) au service des logements individuels, collectifs et tertiaires est une approche intéressante pour les acteurs de la maitrise d'énergie pour promouvoir une utilisation rationnelle de l'énergie. Le choix de l'implantation d'une éolienne en milieu urbain est déterminé par la hauteur des bâtiments, la vitesse du vent et l'intensité de turbulence du site. Les conditions de vents sévères à faible altitude sont favorables à une implantation de VAWT. Dans certaines villes, la hauteur moyenne des bâtiments est relativement faible et ceci fait qu'en ces lieux, les VAWTs sont appréciables par rapport aux HAWTs. La mécanique des fluides numériques (CFD) est mise en œuvre pour modéliser les écoulements d'air au travers d'éoliennes et des bâtiments. Un problème CFD modélisé avec un modèle de turbulence approprié donneront des résultats de simulations qui s'approcheront des réalités physiques et des résultats de l'expérimentation. Dans cette étude, les modèles standard k-" et SST k-! ont été utilisés. Après analyse des possibilités d'intégration d'une VAWT, la toiture reste la zone d'intégration la plus intéressante. En plus de l'étude aérodynamique, nous avons entamé une modélisation électrique de la chaîne de conversion de l'éolienne en utilisant le logiciel Matlab/Simulink. Le travail a été effectué dans le but de déterminer la puissance électrique susceptible d'être produite par l'éolienne. Pour finaliser cette étude, un modèle de couplage électrique de VAWTs avec un bâtiment considéré comme un modèle de charge est présenté. / The building integration of the vertical axis wind turbine (VAWT) to supply the individual, collective and tertiary residences consumption is an interesting approach that can help architects and the actors of the energy control to promote a rational use of renewable energy in the in homes. The choice of the location of the urban wind turbine type is determined by building height, wind speed and turbulence intensity of the site. The severe conditions of wind at low altitude are favorable for a VAWT installation. In some cities, the average buildings height is low, in these places, the VAWTs must be appreciable compared to the HAWTs. The modelling of the air flow through the wind turbine and the couple building-wind turbine involves the computation fluid dynamics (CFD). A problem modeled with a suitable turbulence model will give results that approach the physical reality and the experiment results. In this study, the standard k-" and SST k-! models were used. After analyzing the possibilities of VAWT integration, the roof is the most interesting integration area. In addition to CFD method, we have started to study the electrical model of the VAWT. The work was conducted to determine the electrical power generated by the wind turbine using Matlab/Simulink software. To complete the study, a VAWT model coupled with a building where the building is considered as a consumption model is presented.