Cette thèse se focalise sur un système récupérateur de l’énergie des vagues qui est constitué d’un flotteur contenant des cuves partiellement remplis d’eau. Lorsque les vagues mettent en mouvement le flotteur, un tourbillon de type vidange apparaît dans une des cuve. Pour extraire l’énergie, une turbine, reliée à une génératrice, est plongée dans ce tourbillon. Tout d’abord, le tourbillon de vidange est étudié expérimentalement dans un contenant fixe. Les hauteurs d’eau et les vitesses du liquide sont mesurées. Ces vitesses sont estimées par vélocimétrie laser (LaserDoppler Velocimetry, LDV). Cet écoulement est modélisé numériquement en résolvant les équations de Navier-Stokes dans les deux phases (eau et air) par la méthode des volumes finis (avec le logiciel OpenFOAM). L’interface entre les deux phases est déterminée par la méthode des Volume of Fluid (VoF). Des comparaisons entre les résultats de ces deux approches sont menées. Ensuite, l’écoulement à l’intérieur du système houlomoteur est étudié en plaçant une maquette du dispositif sur un Hexapode (machine capable d’imposer des mouvements à la maquette à la manière d’un flotteur en mer). Les hauteurs d’eau et les efforts hydrodynamiques sur la maquette et, le cas échéant, la puissance électrique produite sont mesurés. Ces données sont comparées aux résultats d’un modèle numérique similaire à celui utilisé pour la première campagne expérimentale mais appliqué à ce dispositif. Enfin, l’influence de la turbine sur le reste du système est étudiée et son comportement en puissance est évalué pour différents mouvements imposés. Un premier modèle numérique de cette turbine est comparé aux données expérimentales. / This thesis focuses on the physical and numerical model of a wave energy converter (WEC). This device is made up of a buoy with compartments aboard partially filled with water. When the waves move the buoy, a bathtub vortex appears in one of these compartments. The energy is harvested with a turbine placed at the vortex’s center. First, the bathtub vortex is studied numerically and experimentally in a fixed compartment. Water levels are measured using acoustics sensors and water velocities are measured by Laser Doppler Velocimetry (LDV). This flow is modeled solving the Navier-Stokes equations in the two phases (air and water) with a finite volume method (with the software OpenFOAM). The interface is determined using the volume of fluid (VoF) method. Comparisons between experimental data and numerical data are presented. Afterwards, a second experimental campaign is conducted to study the complete flow inside the WEC. Therefore a model of the inside part of the WEC is fixed at the top of a Hexapod. This device can translate and rotate the model in the same way the waves would move a buoy. Water levels and hydrodynamic forces on the model are measured. When the turbine is there, the tension delivered by its generator is measured. This experimental device is modeled numerically. This model is closed to the first one. The results are compared with experimental data. Finally, a preliminary study of the turbine shows its influence on the general flow in the WEC and the evolution of the turbine power with the imposed motion. A first model of the turbine in a fixed compartment is presented and compared with experimental data.

La qualité de la puissance injectée au réseau électrique est une problématique importante pour le développement des énergies marines renouvelables, et en particulier de l'énergie des vagues, ou énergie houlomotrice. En effet la puissance produite par les systèmes houlomoteurs à entrainement direct est très fluctuante (fluctuations de l'ordre de la seconde) à cause de la nature oscillante de la ressource. Afin d'étudier l'impact de l'intégration des ces systèmes sur les réseaux électriques, un modèle permettant de représenter la chaîne depuis la vague jusqu'au réseau électrique a été développé. Les simulations effectuées à l'aide de ce modèle pour différents types de réseau électrique et différents états de mer ont montré que la mise en place de solutions pour améliorer la qualité de la puissance produite était nécessaire. Ainsi l'effet du regroupement et de la dispersion spatiale des systèmes houlomoteurs sur la qualité de la puissance a été étudiée. L'insertion d'un système de stockage dans la chaîne wave-to-wire afin de lisser la puissance a aussi été considérée. Enfin, une partie du modèle a pu être validée à l'aide d'un banc de test Hardware-in-the-loop comprenant un banc moteur, des armoires de puissance pour émuler électronique de puissance et le réseau électrique et un module de supercondensateurs. / Power quality is an important issue for the development of marine renewable energies, in particular wave energy. Due to the oscillatory nature of the oceans waves, the wave energy converters output power profile can present fluctuations in the range of seconds. The impact of these devices on the electric grid therefore needs to be investigated for wave farms to be connected to the grid. In order to emulate an operating direct drive wave energy converter, study power quality improvement and test different control strategies, a wave-to-wiremodel has been developed.Simulations carried out with this model for different grid strengths and different levels of sea-state showed that it is necessary to foster solutions to improve power quality. Thus, the wave energy converters aggregating and dispersion effects on power quality have been investigated. As it does not seem sufficient to meet the grid codes requirements, another solution have been considered, consisting of the insertion of an energy storage system into the chain. Finally, a part of the model has been validated using a hardware-in-the-Loop test bench including a motorbench, power modules to emulate the grid and power electronic's control and super capacitors module.