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Raynal Sylvain

Étude expérimentale et numérique des grilles ichtyocompatibles

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Index

École doctorale :

  • SIMMEA - Sciences et ingénierie en matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique

UFR ou institut :

  • UFR des sciences fondamentales et appliquées (SFA)

Secteur de recherche :

  • Mécanique des milieux fluides

Section CNU :

  • Mécanique, génie mécanique, génie civil

Résumé

  • Français
  • English
 

Français

Étude expérimentale et numérique des grilles ichtyocompatibles

Un des enjeux de la Directive Cadre sur l'Eau (2000) est de rétablir la migration piscicole aval à travers notamment une baisse de la mortalité des poissons au niveau des turbines des centrales hydroélectriques. Les grilles ichtyocompatibles constituent une des solutions possibles grâce à un arrêt physique des poissons couplé à un guidage vers un exutoire de contournement. Dans ce contexte, nous avons mené une étude expérimentale et numérique afin de caractériser différents types de grilles en termes de pertes de charge et de courantologie. Cela a permis de déterminer d'une part les pertes d'énergie liées à la proximité des barreaux pour diverses configurations et d'autre part les vitesses que les poissons sont susceptibles de rencontrer le long des grilles jusqu'à l'exutoire. Ces deux sujets complémentaires ont été abordés via l'utilisation de deux installations hydrauliques couplées à plusieurs systèmes de mesure adaptés à nos modèles de grille. Des mesures de hauteur d'eau ont permis d'établir des nouvelles lois de pertes de charge tandis que des mesures de vitesse avec des systèmes de vélocimétrie acoustique par effet Doppler (ADV) et de vélocimétrie par images de particules (PIV) ont permis de déterminer les angles pour lesquels les grilles satisfont les critères d'ichtyocompatibilité. Certains points de l'étude, liés à la caractérisation des exutoires notamment, ont été résolus grâce à des simulations numériques avec le logiciel OpenFOAM. L'ensemble des résultats obtenus a permis de dimensionner et de comparer les différentes solutions de grilles dans un cas de prise d'eau réel, soulignant ainsi les avantages et problématiques inhérents à chacune des solutions.

Mots-clés libres : Ecohydraulique, écoulement à surface libre, exutoire, grilles ichtyocompatibles, mesures ADV, mesures PIV, pertes de charge, simulations numériques, vitesses.

    Rameau (langage normalisé) :
  • Énergie hydraulique
  • Vélocimétrie par images de particules
  • Simulation par ordinateur
  • Perte de charge
  • Mesures hydrauliques

English

Experimental and numerical study of fish-friendly trashracks

The Water Framework Directive (2000) particularly aimed at restoring the fish downstream migration and at preventing fish from being injured or killed in hydropower plant turbines. Fish-friendly trashracks, which physically stop fish and guide them towards bypasses, are one of the possible solutions. In this context, we have carried out an experimental and numerical study focused on the characterization of head losses and velocity distributions for various kinds of trashrack. This helped to quantify the energy loss due to the narrow bar spacing and to assess the magnitude of velocities that fish may face in different trashrack configurations. Two hydraulic installations coupled with several measurement devices allowed the study of both topics on model trashracks. Water depth measurements resulted in new head loss equations while velocity measurements with acoustic Doppler velocimetry (ADV) and particle image velocimetry (PIV) systems allowed the determination of fish-friendly angles in different trashrack configurations. Some other points of the thesis, concerning for instance bypasses, have been investigated with numerical simulations using OpenFOAM software. All the results allowed the conception and the comparison of various trashrack solutions for a real water intake case, highlighting the advantages and drawbacks relative to each of these solutions.

Keywords : Ecohydraulics, free surface flow, bypass, fish-friendly trashracks, ADV measurements, PIV measurements, head loss, numerical simulations, velocities.

Notice

Diplôme :
Doctorat d'Université
Établissement de soutenance :
Université de Poitiers
UFR, institut ou école :
UFR des sciences fondamentales et appliquées (SFA)
Laboratoire :
Pôle poitevin de recherche pour l'ingénieur en mécanique, matériaux et énergétique - PPRIMME
Domaine de recherche :
Mécanique des milieux fluides
Directeur(s) de thèse :
Laurent David, Ludovic Chatellier
Date de soutenance :
03 décembre 2013
Président du jury :
Michel Benoit
Rapporteurs :
José Vazquez, Peter Rutschmann
Membres du jury :
Laurent David, Ludovic Chatellier, Michel Larinier, Dominique Courret

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