Reproduction de : Thèse de doctorat : Sciences de la Terre et de l'Environnement, Mécanique des Fluides : Toulouse, INPT : 2004. Reproduction de : Thèse de doctorat : Sciences de la Terre et de l'Environnement, Mécanique des Fluides : Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft der RWTH, Aachen : 2004. / Thèse soutenue en co-tutelle. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 16 p.

Thèse de doctorat : Géographie physique, humaine, économique et régionale : Nancy 2 : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.

Thèses (M.Sc.A.)--Université de Sherbrooke (Canada), 1998. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

Th. 3e cyc.--Fac. Lett. et Sci. hum.--Paris, 1971.

L’objectif de ce travail de thèse porte principalement sur la valorisation des sédiments fluviaux en couche de fondation. La caractérisation de ces sédiments nous a permis de dresser une fiche d’identité détaillée de ces sédiments incluant les propriétés physico-chimiques géotechniques et environnementales. Cette caractérisation s’avère être primordiale avant toute démarche de valorisation pour évaluer le potentiel d’utilisation des sédiments en technique routière. La déshydratation des sédiments est un prétraitement souvent indispensable. Nous avons pour cela optimisé leur déshydratation en utilisant la méthode dite de « lit de séchage ». L’influence de la déshydratation par l’ajout de polymères (adjuvant de floculation) sur les caractéristiques intrinsèques des sédiments a été explorée. Afin d’améliorer les performances mécaniques des sédiments, plusieurs traitements ont été mis aux point et expérimentés tel que les traitements aux liants hydrauliques ou l’ajout de renforts granulaires. Ces différents traitements ont été testés sur des sédiments floculés et non floculés. Pour l’optimisation de la compacité des mélanges sédiments fluviaux-ajouts granulaires (Sable Bolonnais), nous avons utilisé le modèle d’empilement compressible. Sur la base des résultats obtenus, nous avons réalisé une planche expérimentale dont l’objectif est de valider notre approche de valorisation. Un suivi mécanique et environnemental ainsi qu’une analyse des eaux de ruissèlements et de percolation ont été réalisés. Les résultats obtenus en laboratoire et in-situ nous confortent dans la perspective d’une utilisation des sédiments fluviaux en couche de fondation. / The work in this thesis focuses on the valorization of river sediments in sub-base. The characterization of these sediments allowed us to draw up their detailed identity card including physico-chemical geotechnical and environmental properties. This characterization is essential before any approach aiming to evaluate the potential use of the sediments in road engineering. The dehydration of the sediments is an essential pretreatment. Their dehydration has been optimized by using a method known as “bed of drying”. The influence of dehydration on the sediments characteristics by adding polymers (auxiliary of flocculation) was explored. In order to improve the mechanical performances of sediments, several treatments were developed and tested such as hydraulic binders or addition of granular reinforcements. These various treatments were tested on flocculated and non-flocculated sediments. To optimize the compacity of river sediments-additions (Bolonnais Sand) mixtures, we used the Compressible Packing Model. These results lead us to build an experimental board to validate our approach of valorization. A mechanical and environmental follow-up and analysis of percolation and runoff waters were carried out. The results achieved in laboratory and in-situ consolidate us to use rivers sediments in sub-base.

Ce projet de maîtrise a pour but d'améliorer l'uniformité de l'écoulement en entrée de turbine dans le banc d'essai du Laboratoire de Machines Hydrauliques (LAMH) de l'Université Laval. Pour cela, une approche numérique a été utilisée. Diverses simulations numériques de ce banc d'essai ont été réalisées sur le logiciel de simulation numérique ANSYS CFX, afin de permettre la comparaison de différentes solutions techniques. Une simulation utilisant l'approche URANS (Unsteady Reynolds Average Navier-Stokes) avec un modèle de turbulence k-e a d'abord été réalisée pour analyser le comportement de l'écoulement dans le banc d'essai initial du laboratoire. La validation de ce modèle est basée sur un travail antérieur donnant le comportement expérimental de l'écoulement en certains endroits dans le banc d'essai, en amont d'une turbine bulbe. Cette simulation a montré qu'une modification majeure de l'amenée aurait un effet bénéfique sur l'écoulement. Les autres simulations, utilisant une approche RANS (Reynolds Average Navier-Stokes), ont servi à comparer différentes solutions technologiques envisageables selon la littérature pour une application dans le banc d'essai, et qui seraient, à priori, bénéfiques pour la stabilité de l'écoulement. L'analyse de diverses caractéristiques de cet écoulement a permis de mettre en avant deux solutions aux résultats prometteurs dans ces conditions d'expérimentation, à savoir l'installation d'un coude avec deux aubes directrices avant la section d'essai, et l'installation d'une plaque stabilisatrice d'écoulement dans un tuyau droit en amont de la turbine. Cette dernière solution est celle qui aura été retenue par le LAMH pour son nouveau projet de recherche : Tr-Francis. / The objetive of this project is to improve the uniformity of the inlet flow of a turbine within the test bench of the Laboratory of Hydraulic Machines, LAMH, of Université Laval. For this purpose, a numerical approach has been employed. Several numerical simulations have been carried out on the software "ANSYS CFX" and compared with one another, after validation of the simulation conditions and assumptions. A simulation using the URANS (Unsteady Reynolds Average Navier-Stokes) approach with a turbulence model k-e was first used to analyze the flow behavior in the original test bench installed in the laboratory. The validation of the model is based on a previous project giving the experimental flow behavior at certain locations in the test bench upstream a bulb turbine. The simulation showed that a major change in the configuration upstream of the turbine in the test bench would be beneficial on the effect it has on the flow. Other simulations using the RANS (Reynolds Average Navier-Stokes) approach compared several technological solutions for application in the modified test bench, which, according to the literature, would be beneficial for flow stability. The analysis of various flow characteristics higlighted two potential solutions in this situation : the installation of a curved pipe with two guided vanes upstream of the test section, or the installation of a flow stabilizer plate in a straight pipe to replace the upstream tank, upstream the turbine. This second solution is the one the LAMH put to use for its next project : Tr-Francis.

Les turbines hydrauliques sont devenues un atout important pour la régulation de la puissance sur les réseaux électriques. Cependant, les scénarios de régulation de puissance exigent que les turbines fonctionnent loin de leurs points d'opération optimale, dans des régions où de grandes uctuations de pression peuvent affecter l'intégrité structurale de la turbine. Cette thèse présente des contributions a l'etude de l'hydrodynamique de l'écoulement dans une turbine helice modele fonctionnant dans des conditions de charge partielle et de vitesse-sans-charge. À charge partielle, les fluctuations de pression principales sont associées à un vortex cavitant. Des mesures provenant de Vélocimétrie par Imagerie de Particules (PIV) couplées à des techniques de fluorescence induite par laser et d'ombroscopie ont été utilisées pour reconstruire l'interface eau-vapeur et identier l'origine de fluctuations aectant la précision des mesures de PIV moyennées en phase. De plus, des capteurs de pression miniatures incorporés dans deux aubes de la roue ainsi que des jauges de deformation montées sur les aubes ont fourni des données pour quantier l'impact du vortex de charge partielle sur la turbine. Cette thèse présente également l'une des premieres etudes detaillees sur les conditions transitoires et sans charge dans une turbine modèle. Les capteurs de pression et de déformation sur les aubes ont ete utilisés pour identier les instabilités dominantes dans des conditions de vitesse sans charge et d'emballement. Des simulations basées sur la technologie Scale Adaptive Simulations (SAS) de la condition de vitesse-sans-charge ont été utilisés pour étudier un décrochage tournant dans la roue. Des simulations sans les aubes indiquent que le décrochage tournant est associé à une couche cisaillée provenant d'une recirculation autour du moyeu de la roue et d'une séparation de la couche limite sur le fond supérieur. / Hydraulic turbines have become an important asset to provide power regulation on electrical grids. However, power-regulation scenarios require turbines to operate far from their best eciency conditions, in regions where large pressure uctuations aect the turbine structural integrity. This is particularly acute for xed blade reaction turbines such as propeller units. This thesis presents contributions to the study of the hydrodynamics of the ow in a model propeller turbine operating in part-load and speed-no-load conditions. In part load, the main pressure uctuations are associated with the part-load vortex. Data from Particle Image Velocimetry (PIV), coupled to Laser Induced Fluorescence and shadowgraphy techniques, were used to reconstruct the water-vapour interface and to identify the origin of uctuations aecting the precision of the phase-averaged PIV measurements. Furthermore, miniature pressure transducers imbedded in two runner blades and strain gages at the blade roots provided data to quantify the impact of the part load vortex on the runner. This thesis also presents one of the rst detailed studies on transient and no-load conditions in a model hydro-turbine. Pressure and strain sensors were used to identify the dominant ow instabilities in speed-no-load and runaway conditions. Scale Adaptive Simulations (SAS) of the speed-no-load condition were used to study a rotating stall dominating the runner ow. Simulations without runner blades indicate that the rotating stall is associated with an unstable shear-layer originating from a recirculation around the runner hub and a boundary layer separation on the turbine head cover. Those results open the possibility of eventually developing mitigation techniques.

Ce projet de maîtrise vise à faire une caractérisation préliminaire de l'écoulement d'une turbine Francis de moyenne chute au régime sans charge dans le cadre du projet Tr-Francis au Laboratoire de machines hydrauliques. Concrètement, le projet a validé la méthodologie numérique utilisée à l'aide de mesures expérimentales préliminaires. De plus, les simulations numérique sont permis de fournir les chargements fluides afin que des simulations structurelles puissent être réalisées. Finalement, les résultats ont permis de cibler les structures dominantes dans l'écoulement qui causent les plus importantes fluctuations de pression et ainsi aider l'équipe expérimentale à positionner les capteurs de pression et à choisir leurs plans de mesures. Pour y arriver, la méthodologie est basée sur des interpolations de mesures effectuées par Hydro-Québec au régime sans charge sur le prototype. Les données sont prises telles quelles pour les simulations effectuées à l'échelle prototype et elles sont mise à l'échelle grâce aux lois de similitude de la norme IEC 60193 pour les simulations à l'échelle modèle. L'effet des conditions d'entrée dans le domaine est étudié sur des domaines partiels avec des maillages de différentes densités ainsi que sur le domaine complet. Les pressions obtenues numériquement dans l'aspirateur sont comparées aux mesures expérimentales préliminaires et les résultats sont concordants. De plus, les poches de cavitations observées numériquement au bord de fuite remontant sur le côté pression des aubes sont, de plus, confirmées par l'expérimentation. Des analyses fréquentielles à partir des signaux de pression sont utilisées dans ce projet afin de caractériser les phénomènes. En plus d'utiliser différentes méthodes de visualisation numériques afin d'isoler et d'analyser les structures principales dans l'écoulement. Imposer un profil de vitesse uniforme comparativement à un profil de vitesse tiré de simulations de la bâche et de la conduite d'amenée ne modifie pas les résultats significativement à l'échelle modèle avec le maillage le plus fin. Lors des simulations avec le domaine complet, plusieurs phénomènes d'importances ont été observés. Notamment des tourbillons inter-aubes, qui ont une modulation à f/n = 1, une importante zone de recirculation dans l'aspirateur qui remonte jusque dans la roue, des tourbillons à l'interface entre la roue et l'aspirateur qui se développent dans la couche cisaillée, un débalancement de l'aspirateur causé par le coude ainsi qu'une zone cavitante au bord de fuite. / This thesis presents the preliminary characterization of the flow in a medium head Francis turbine at speed no-load within the scope of the Tr-Francis project at the Hydraulic Machinery. Laboratory. Concretely, the project aims at validating the numerical methodology used with preliminary experimental measurements. Moreover, the numerical simulations will provide the fluid load for the FEA simulations. Ultimately, the results will allow identifying the dominant structures in the flow causing important fluctuations. Thus helping the experimental team to find the optimal location for the pressure sensors and the measuring planes. To do so, the numerical methodology is based on the measurements interpolation performed by Hydro-Québec on the prototype turbine at speed no-load. The data are applied, as they are, as the initial conditions for the prototype scale simulations. For the model scale simulations, they are scaled down using the similitude laws from the IEC 60193 standard. The effects of the inlet conditions are studied on partial domains with different mesh densities as well as on the complete domain. To validate the simulations, the pressure measurements obtained numerically in the draft tube are compared with the preliminary measurements and the results are in good agreement. Furthermore, the trailing edge cavitation observed numerically is also visible in experimental flow visualizations. Spectral analyses of pressure signals are used to help to characterize the phenomena. Different numerical visualization techniques are also used to isolate and analyse the main flow structures. Imposing a uniform velocity profile compared to the one obtained from the penstock and spiral case simulation does not significantly affect the results at model scale with the finest grid. Many important phenomena such as modulated inter-blades vortices, an important backflow region in the draft tube coming up to the runner, vortices generated in the draft tube in the shear layer, static pressure imbalance in the draft tube caused by the elbow and trailing blade cavitation were observed on the complete domain model scale simulations.

Dans un contexte où la demande en électricité varie fréquemment et que l'utilisation de production d'électricité intermittente telle que l'éolien et le solaire est privilégiée, il est nécessaire d'avoir un moyen de production pour stabiliser le réseau. L'hydroélectricité est une option attirante puisqu'elle est renouvelable et a un temps de réponse au changement très rapide. Cette stabilisation entraîne cependant une augmentation drastique d'arrêts et départs des turbines hydrauliques, ce qui a un effet néfaste sur la durée de vie. En effet, d'importantes contraintes ont été observées lors du démarrage de certaines turbines, sans pour autant que soit comprise l'origine de cet effet. Afin d'améliorer notre compréhension sur la dynamique de la turbine en démarrage, des mesures expérimentales sur modèle réduit en laboratoire sont essentielles. Cette thèse présente l'évolution du comportement dynamique de l'écoulement lors de différentes séquences de démarrage sur le modèle réduit d'une turbine bulbe. Les bancs d'essai en circuit fermé comme celui installé au laboratoire de machines hydrauliques (LAMH) ne permettent pas en général de conserver constante la chute d'essai pour des phénomènes transitoires comme un démarrage. Cette recherche propose donc une méthode ingénieuse pour surmonter ce problème. Afin d'obtenir des conditions similaires aux turbines prototypes, les caractéristiques d'ouverture des directrices (angle finale, vitesse d'ouverture) ont du être adaptées. Basées sur une analyse dimensionnelle, elles sont déterminées pour évaluer l'effet de la vitesse d'ouverture des directrices sous une chute constante. L'ouverture finale des directrices est déterminée pour atteindre une vitesse unitaire choisie pour le modèle. Les trois vitesses d'ouverture sélectionnées représentent, toutes proportions gardées, ce qui peut être observé sur des prototypes. Cette étude propose également une technique innovante pour obtenir l'évolution du débit au cours du démarrage à l'aide d'un système de vélocimétrie par image de particules résolu dans le temps. L'évolution des quantités globales de la turbine, telles que le couple et le débit, est différente pour les basses et la haute vitesses d'ouverture. Un certain degré d'universalité est observé sur les nombres sans dimension pour les deux faibles vitesses d'ouverture. Pour la haute vitesse, l'écoulement semble avoir de la difficulté à suivre l'évolution du schéma d'ouverture des directrices. D'autre part, l'analyse du champ de pression sur les pales lors de la phase d'accélération de la roue montre que la roue opère comme une turbine à impulsion jusqu'à ce que le couple atteigne sa valeur maximale. Même si la machine réagit davantage comme une turbine à réaction par la suite, des phénomènes locaux apparaissent et entraînent la formation de structures importantes dans la roue, comme par exemple un écoulement de retour. Lorsque la turbine atteint le régime sans charge, à la fin de l'ouverture, la roue tourne à la vitesse unitaire choisie. Dans ces conditions, deux phénomènes sous-synchrones et des tourbillons inter-aubes sont présents. Ces phénomènes sous-synchrones sont constitués de une ou deux structures tournant autour de l'axe de la roue, en alternance apparemment aléatoire. Ce caractère bistable influence le champ de pression sur les pales dont l'évolution dépend des structures présentes. De plus, l'intensité des tourbillons inter-aubes qui apparaissent lorsque le couple atteint sa valeur maximale est également influencée par ces phénomènes. / In a context where the electricity consumption varies frequently and the use of intermittent power generation such as wind and solar is trendy, it is necessary to have a means of generation to stabilize the grid. Hydropower is an attractive option because it is renewable and has a very fast response time to load variation. However, the use of hydraulic turbines to stabilize the grid leads to a drastic increase in their stops and startups, which has a critical effect on the lifetime of the runner. Indeed, significant stresses have been observed during the start-up of some turbines, without understanding where this effect comes from. In order to improve our understanding of the dynamics of the turbine during start-up, experimental measurements on scale models in a laboratory are essential. This thesis presents the evolution of the dynamic behaviour of the flow during different startup sequences on a model scale bulb turbine. Closed-loop test benches such as the one at Laval University's LAMH are interesting because they allow experimental analyses to be undertaken on a wide range of turbines while being compact. However, they do not generally allow to keep the pressure head constant for transient phenomena such as start-up. This study proposes a first attempt to study the transient regime of start-up on this type of test bench. In order to obtain conditions similar to prototype turbines, the opening characteristics of the guide vanes (final angle, opening speed) had to be adapted. Based on a dimensional analysis, the characteristics of the experiment are determined in order to evaluate the effect of the opening speed of the guide vanes under a constant pressure head. The final opening of the guide vanes is determined in order to reach a unit speed chosen for the model. The three selected opening speeds represent, in all proportions, what can be observed on prototypes. This study also proposes an innovative technique to obtain the evolution of the flow rate during start-up using a time-resolved particle image velocimetry system. The turbine shows a different behavior between the two lowest opening speeds and the high opening speeds. The global turbine quantities such as torque and flow rate have different evolutions. A certain degree of universality is observed on the dimensionless numbers for the two lowest opening speeds. For the high speed, the flow seems to have difficulty to follow the evolution of the opening sequence of the guide vanes. In addition to the study on the global quantities of the turbine, the analysis of the pressure field on the blades during the acceleration phase of the runner presents some interesting characteristics. It shows that the runner operates like an impulse turbine until the torque reaches its maximum value. Even if the machine works more like a reaction turbine afterwards, local phenomena occur which lead to the formation of important structures in the runner, such as a return flow. When the turbine reaches speed no-load regime, at the end of the opening, the runner rotates at the selected unit speed. Under these conditions, two sub-synchronous phenomena and inter-blade vortices are present. These sub-synchronous phenomena are made up of one or two structures rotating around the axis of the runner, in apparently random alternation. This bistable character influences the pressure field on the blades whose evolution depends on the structures present. In addition, the intensity of the inter-blade vortices that appear when the torque reaches its maximum value is also influenced by these phenomena.

Afin de planifier le déploiement d'un parc d'hydroliennes en rivière et de maximiser son extraction d'énergie, des simulations de parc de turbines sont souvent effectuées. Cependant, dans un contexte où des dizaines de turbines sont déployées, il est impensable de simuler la géométrie complète de chaque turbine. Il est donc nécessaire d'utiliser des modèles simplifiés qui reproduisent fidèlement les turbines et qui intègrent toutes les principales interactions se produisant dans un parc de turbines, à savoir les interactions turbine-sillage, les effets de blocage et l'interaction avec la ressource. Le modèle EPTM (Effective Performance Turbine Model) est un outil approprié en ce sens, permettant de tester et d'analyser un grand nombre de configurations de parc différentes à un faible coût de calcul. Pour garantir une utilisation adéquate et fiable dans des conditions d'écoulement de rivière et de parc, l'EPTM a d'abord été validé et adapté, en se concentrant sur la technologie de turbine à axe transversal (Cross-Flow Turbine : CFT). Dans ce but, une méthodologie numérique a été développée pour reproduire les conditions d'écoulement de rivière et les conditions d'écoulement de parc (présence de perturbations). À l'aide de simulations complètes de turbine en 3D utilisant cette méthodologie, on constate qu'une turbine fonctionnant dans ces conditions voit une réduction de ses performances. Cependant, il s'avère que le coefficient de traînée effectif reste essentiellement inchangé, ce qui permet d'utiliser la même distribution de coefficients de force locale effectif dans toute situation. De plus, bien que le coefficient de puissance effectif apparaisse plus faible que pour une turbine dans des conditions d'écoulement idéalisées, il ne varie pas en fonction du type de perturbation et sa diminution est faible en conditions de surface libre. Ceci est important pour l'utilisation de l'EPTM, car le modèle simplifié est basé sur cette hypothèse. De multiples comparaisons entre l'EPTM et les simulations de turbine complète dans des conditions d'écoulement de rivière ou de parc ont confirmé que l'EPTM-CFT est toujours capable de prédire avec précision les performances des turbines et de reproduire leur sillage moyen avec un haut degré de fiabilité. Suite à cette procédure de validation, des simulations de parc de turbines ont été réalisées à l'aide de l'EPTM-CFT. Assumant un écoulement ambient turbulent, de nombreuses configurations de parc de turbines à axe vertical ont été testées pour étudier plus précisément l'effet du blocage local, de l'espacement latéral et longitudinal, du décalage latéral entre les rangées et du sens de rotation sur les performances des turbines. Les résultats ont montré que les effets de blocage doivent être considérés simultanément avec les interactions turbine-sillage, en particulier lorsque les turbines génèrent un sillage qui dévie latéralement en aval. Ce dernier aspect joue d'ailleurs un rôle important en vue de déterminer si les rangées devraient être décalées entre elles ou non. Pour un parc à plusieurs rangées, cet aspect affecte également la pertinence des différents paramètres utilisés. En effet, dans ce contexte, l'espacement latéral devient plus significatif que la valeur de blocage local. Pour aider à statuer sur l'espacement latéral et longitudinal optimal à fixer au sein d'un parc, un nouveau paramètre a été proposé : la puissance marginale par turbine. Comme de nombreuses variables économiques peuvent entrer en jeu, ce paramètre permet de quantifier l'avantage d'ajouter des rangées ou des colonnes de turbines par rapport à la puissance déjà installée. Enfin, il est possible, pour un parc de turbines optimal donné, d'évaluer son impact sur la ressource. Sur la base d'un vrai site en rivière, une simulation réaliste d'un parc de turbines en rivière a été effectuée en utilisant la méthodologie développée précédemment. Les résultats de la simulation, comparés aux résultats de simulations plus simplifiées, ont souligné qu'une géométrie de canal appropriée et une distribution juste de la vitesse d'entrée sont essentielles pour obtenir des performances de turbine fiables. S'il apparaît que la prise en compte de la surface libre a affecté de manière négligeable les performances du parc et le niveau d'eau en amont pour le cas considéré, il n'en reste pas moins que l'évaluation de l'impact sur la ressource est toujours pertinente puisque l'élévation du niveau d'eau peut être plus importante si le niveau de blocage ou le nombre de Froude sont plus élevés. / In order to plan a river hydrokinetic turbine array deployment and to maximize its energy extraction, turbine array simulations are often carried out. However, in a context where tens of turbines are deployed, it is unthinkable to simulate the complete rotating geometry of every turbine. It is therefore necessary to use simplified models that reproduce accurately the turbines and that incorporate all the main interactions taking place in a turbine array, namely the turbine-wake interactions, the blockage effects and the interaction with the resource. The Effective Performance Turbine Model (EPTM) is a suitable tool in that sense, allowing to test and analyze a large amount of different array configurations at a low computational cost. Although the EPTM has been developed to serve as a tool for array analysis, it has only been tested up to now in a uniform flow with a low turbulence level. For this reason, the EPTM has been validated and adapted in this work to ensure a proper and reliable use in river array flow conditions. Herein, the efforts has been mainly put on a cross-flow turbine (CFT) technology. First, a numerical methodology has been developed to reproduce river flow conditions and array flow conditions, which include shear, large-scale temporal fluctuations and (modeled) turbulence. Following 3D blade-resolved turbine simulations, it is found that a turbine operating in those conditions sees a reduction of its performance, especially when the shear aspect is present. However, it turns out that the effective drag coefficient remains essentially unchanged, allowing to use the same local effective force coefficient distribution in every situation. Moreover, although the effective power coefficient appears to be lower than for a turbine in idealized flow conditions, it does not vary depending of the type of perturbation and its decrease is small under free-surface conditions. This is important for the use of the EPTM, since the simplified model is based on this assumption. Multiple comparisons between EPTM and blade-resolved turbine simulations in river/array flow conditions have confirmed that the EPTM-CFT is always able to predict accurately the performances of the turbines and to reproduce their mean wake with a high degree of reliability. Following this validation procedure, a series of turbine array simulations have been conducted using the EPTM-CFT. Assuming a turbulent flow environment, many vertical-axis turbine array configurations have been tested to study more precisely the effect of local blockage, lateral and longitudinal spacing, array staggering and direction of rotation on turbine performance. Results have shown that all aspects of blockage, local and global, must be considered simultaneously with the possibility of turbine-wake interaction, especially when the turbines generate a wake that deflects sideways downstream. The latter aspect could play an important role in determining whether or not the array should be staggered. For a multiple-row array, this aspect also affects the relevance of the different array parameters used. Indeed, in this context, the lateral spacing becomes more meaningful than the local blockage value. To help decide on the optimal lateral and longitudinal spacing to set within an array, a new parameter has been proposed: the marginal power per turbine. As many economic variables can come into play, this parameter helps quantifying the benefit of adding rows or columns of turbines in comparison to the already installed power. Finally, it is possible, for an identified optimal turbine array, to assess its impact on the resource. Based on an actual river site, a realistic simulation of a turbine array in river has been performed using the methodology previously developed. The simulation results, compared with the results of more simplified simulations, have pointed out that an appropriate channel geometry and an accurate inflow velocity distribution are essential to obtain reliable array performances. Although it arises that taking into account the free surface has negligibly affected the array performances and the water level upstream for the case considered, it remains that the assessment of the impact on the resource is always relevant since the rise in the water level can be larger if the blockage ratio or the Froude number are higher.