Étude numérique et expérimentale de la dynamique d'une bouée sous-marine à cinq degrés de liberté

Ce mémoire étudie les Interactions Fluide-Structure (IFS), et plus particulièrement les Mouvements Induits par Vortex (VIM), de bouées sous-marines à 5 Degrés De Liberté (DDL). Les bouées en question sont des bouées cylindriques retenues à leur base par un lien court, c’est-à-dire dont la longueur ne dépasse pas quelques diamètres de bouée, et soumises à un écoulement transverse. Si de telles bouées sont couramment utilisées dans l’industrie offshore, elles n’ont encore jamais été étudiées dans la littérature. Une meilleure connaissance de leur dynamique contribuerait à prévenir les accidents dont elles sont parfois victimes. Par ailleurs, ces résultats pourraient s’avérer utiles pour concevoir des dispositifs immergés de production d’énergie. Pour caractériser les VIM des bouées et identifier l’influence des différents paramètres, comme la longueur du lien ou le rapport d’aspect de la bouée, on procède à des études numériques, expérimentales et analytiques. Le début de ce mémoire est consacré au développement du code de calcul par éléments finis CADYF afin de le rendre capable de simuler une bouée à 5 DDL. Ensuite sont présentés la méthodologie et les résultats des expériences réalisées sur des modèles réduits de bouées dans une boucle hydrodynamique. Enfin, un modèle analytique basé sur l’oscillateur-sillage de Facchinetti est développé. Si les travaux sur CADYF n’ont pas permis d’obtenir des simulations numériques satisfaisantes, ils ont apporté une meilleure connaissance des limites du code de calcul et guideront ses développements ultérieurs. Les expériences ont été plus fructueuses en offrant une caractérisation pertinente du mouvement de la bouée. On y observe que la chaîne est globalement toujours alignée avec la bouée, si bien que le système ne présente que 3 degrés de liberté effectifs sur les 5 : le roulis, le tangage et le lacet de la bouée. Le mouvement de la bouée est périodique, le roulis et le lacet s’effectuent à la même fréquence, tandis que le tangage s’effectue à la fréquence double. Aucune phase d’accrochage n’est observée et la fréquence de roulis croît bien moins vite que la fréquence de Strouhal. Le modèle analytique a permis de retrouver en partie ces résultats, ce qui valide sa pertinence.