Mieux dessiner les turbines du futur

Dans la mythologie Etrusque, Nethuns était le dieu des eaux. Au LEGI, c’est le nom de la nouvelle chaire industrielle de l’ANR** signée avec General Electric Hydro France pour une durée de quatre ans. La chaire « Nouvelles Evolutions des Turbines Hydroélectriques grâce à l’Utilisation d’un Nouvel outil de Simulation » a pour ambition de soutenir le développement de nouveaux designs de turbines, adaptés aux exigences actuelles des réseaux.

Les turbines hydroélectriques sont aujourd’hui le moyen le plus flexible pour équilibrer le réseau électrique, lequel doit accueillir une part grandissante d’énergies intermittentes (éolien, solaire…). « A tout instant, la production et la consommation doivent pouvoir être équilibrées rapidement en ouvrant les vannes des barrages pour produire de l’énergie, ou en pompant l’eau du bassin aval vers le bassin amont afin de stocker l’énergie excédentaire, explique Guillaume Balarac, professeur à Grenoble INP – Ense3, UGA, chercheur au LEGI et titulaire de la chaire. Cette exigence de flexibilité impose aux turbines des régimes de fonctionnement pour lesquels elles n’étaient pas conçues initialement. Afin de leur permettre de fonctionner sur une plage de régimes plus large, il faut revoir leur design de manière à les adapter aux turbulences engendrées par ces nouveaux régimes. »
 
Mais pour cela, il faut être capable de modéliser ces turbulences… et c’est là qu’interviennent les chercheurs du LEGI. « Les régimes dans lesquels les turbines doivent aujourd’hui fonctionner sont beaucoup plus instables que les régimes nominaux, et les approches de simulation classiquement utilisées ne permettent pas de les prédire, explique le chercheur. C’est pourquoi nous avons développé des approches de simulation de la turbulence plus avancées, capables de prévoir les instabilités hydrodynamiques. Comme on ne dispose pas de la puissance de calcul nécessaire pour prédire les turbulences à toutes les échelles, on fait un compromis en cherchant à simuler avec précision uniquement les tourbillons les plus influents. »

Ce projet s’inscrit dans le projet national YALES2 coordonné par le CNRS qui a permis il y a quelques mois de simuler le transport de SARS-Cov 2 dans l’air. Ici, YALES2 sera déployé dans sa version « hydro » chez General Electric pour aider les ingénieurs à concevoir des turbines plus robustes. En parallèle, les chercheurs du LEGI poursuivront le développement de ce code, afin de rendre les temps de calcul compatibles avec les exigences industrielles. La chaire NETHUNS a reçu un financement total d’un million d’euros.

*CNRS, Grenoble INP – UGA, UGA, Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche
**Agence Nationale de la Recherche


Credits photos : Illustration des structures turbulentes dans une simulation instationnaire d'une roue de turbine Francis. Crédit : F. Doussot, LEGI, 2019.
Illustration des structures turbulentes dans une simulation instationnaire de l'ensemble d'une Turbine-Pompe. Crédit : G. Balarac, LEGI, 2021.