Cette thèse s'inscrit dans le cadre des énergies renouvelables au sein du programme HARVEST centré sur le développement d'un concept d'hydrolienne dérivé des turbines Darrieus et Gorlov. L'ajout d'un dispositif appelé carénage à la turbine permet à celle-ci d'extraire une portion de l'énergie cinétique du courant plus grande. Toutefois ce dernier peut favoriser la cavitation qui nuit à la turbine. Parmi les différents axes du programme, les travaux de thèse se situent dans cette problématique. En régime subcavitant et cavitant, l'analyse de l'hydrolienne a été menée suivant une approche numérique et expérimentale. Pour ce faire deux outils ont été mis en place. Du coté expérimental, le tunnel hydrodynamique du LEGI a été équipé d'une balance qui donne la mesure instantanée des forces et du couple qui s'exercent sur la turbine. Du coté numérique, les efforts ont été orientés sur l'amélioration et le développement du code de calcul universitaire, CAVKA. L'utilisation intensive de ces deux moyens, couplée à des modèles théoriques, a permis de mettre en évidence d'une part le fonctionnement de la turbine libre ou carénée et, d'autre part, les limites de fonctionnement vis-à-vis de la cavitation. / The general context of the present thesis is renewable energies within the HARVEST project, which consists in a water current turbine (WCT) development, inspired from the Darrieus and Gorlov geometries. The main advantage of the HARVEST WCT is the introduction of a channelling device, which allows extracting a bigger amount of the kinetic energy contained in the flowstream. However, the shrouding device can eventually increase cavitating risks, which generally damage the WCT itself and its performance. The main topic of this work is cavitation. The hydrodynamic behavior of the WCT is analyzed both numerically and experimentally, in non cavitating and cavitating conditions. For this analysis, two devices have been developed. On the one hand, the LEGI hydrodynamic channel is equipped with a measurement platform which provides the instantaneous and average measurements of two dimensional thrusts as well as the hydrodynamic torque. On the other hand, in the numerical domain, the work has been oriented to the improvement and the development of a CFD code, named Cavka. The intensive utilisation of these two devices, coupled to theoretical models, allow highlighting the functioning of the bare and shrouded WCTs and their limits in cavitating conditions.

Le but de cette thèse est le développement et l'optimisation de la chaine électrique d'une hydrolienne fluviale. L'approche est d'abord traitée en simulation pour ensuite finir par la conception et la mise au point d'un prototype. La partie simulation concerne la modélisation des ensembles turbines, génératrices et électronique de puissance mais aussi le développement des diverses lois de commandes. Ces commandes peuvent intervenir à différents niveaux du contrôle jusqu'à la supervision complète du système, permettant de gérer des défauts, des algorithmes de MPPT (extraction maximale de puissance), des synchronisations entre colonne, ... Le prototype d'hydrolienne fluviale sera ensuite présenté, de la mise au point des parties mécaniques jusqu'aux résultats expérimentaux. Les travaux nombreux autour de ce prototype ont permis d'obtenir des résultats satisfaisants et encourageants qui corroborent la théorie. / The purpose of this thesis is the development and optimization of the electrical system of a fluvial cross-flow current turbine. The approach is first treated in simulation and then eventually with the design and development of a prototype. The simulation section deals with the modeling of turbines groups, generators and power electronics, as well as the development of various control laws. These controls may have an influence at different levels of the control strategies up to the complete system supervision for fault management, MPPT (maximum power extraction) algorithms, turbine columns synchronization... The fluvial cross-flow current turbine prototype will then be presented, from the development of the mechanical parts to the experimental results. The various works involving the prototype have yielded satisfactory and encouraging results that corroborate the theory.

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