Conception et validation d'outils pour injection sur profil aérant

Ce mémoire a pour objectif de présenter la conception, la réalisation et le test d'outils expérimentaux dans le but d'obtenir un profil d'aile dit “aérant”. L'aération des turbines hydroélectriques est aujourd'hui une problématique de recherche qui se développe de plus en plus. En effet, d'une part elle serait une bonne manière d'atteindre les normes environnementales en vigueur et d'autre part, constitue une avancée technique capable d'améliorer la durée de vie des turbines actuelles voire même, sous certaines conditions précises, d'accroître leurs performances en rendement. La réalisation d'un profil aérant, qui se rapproche du profil d'une aube de turbine, capable d'injecter de l'air dans un écoulement d'eau à haute vitesse (de 10 à 25 m/s) constitue un pas de plus vers la compréhension des phénomènes qui ont lieu dans les turbines aérantes et sont justement étudiés au sein de la Chaire CRSNG-GE à Polytechnique Montréal. Dans ce mémoire il sera détaillé, dans un premier temps, les simulations pour optimiser la chambre à air interne du profil et la conception du profil lui même. Les simulations ont permis d'obtenir une chambre à air garantissant un profil de vitesse de l'air en sortie le plus homogène possible pour des conditions de pleines charges (injections de 55 L/s d'air dans la boucle) avec une vitesse moyenne de sortie de l'air de 135 m/s dans la veine d'essai. Le travail présenté ici fait également part de la construction d'une toute nouvelle boucle pour accueillir les tests préliminaires à basse vitesse du profil ainsi que les autres expériences à basses vitesses de la Chaire. Des instruments de mesure propres à cette boucle ont également été développés, dont un nouveau système de déplacement motorisé pour les sondes à fibres optiques et un ensemble de jauges de contraintes pour le profil. Ces dernières se révéleront utiles pour la suite des expériences afin de quantifier les efforts en jeu sur le profil sous différentes conditions d'écoulements. La technique de “Krigeage” développée au long de cette Maîtrise permet de lisser les résultats et, dans une moindre mesure, d'obtenir des cartographies 3D de l'écoulement à partir de données 2D. Ce modèle reste néanmoins à développer plus en profondeur afin d'en tirer une utilisation optimale. Les tests préliminaires font état d'un bon comportement du profil aérant à basse vitesse et laissent entrevoir de très bonnes perspectives lorsque que ce dernier sera mis en écoulement à haute vitesse.