Simulation de la couche limite atmospherique sur un couvert forestier en terrain avec orographie
Le secteur eolien est en pleine expansion et la ressource eolienne n'est pas encore exploitee au maximum, d'ou l'importance de mieux comprendre le comportement de la ressource vis a vis des changements climatiques et des changements de type de surface. Il existe plusieurs modeles pouvant reproduire adequatement l'ecoulement sur terrain d'orographie relativement simple, ou sur couverture forestiere homogene horizontalement. Cependant, la complexite de l'orographie et l'heterogeneite horizontale de la couverture forestiere augmentent la complexite des phenomenes et l'intensite de la turbulence. Sur ce type de terrain, les modeles mathematiques deviennent moins precis et leurs solutions numeriques necessitent souvent d'enormes couts de calcul. Dans le cadre de cette etude, seulement un etat de stabilite neutre de la couche limite atmospherique (CLA) est considere. L'interaction de la ressource eolienne avec la foret est examinee, en presence d'une orographie relativement complexe. La prediction de l'ecoulement de la CLA neutre en terrain avec orographie et couvert forestier presente plusieurs defis lies au cout numerique, au traitement des conditions aux frontieres, ainsi qu'a l'adaptation de la calibration du modele de turbulence. Dans un premier temps, le modele de simulation k e resolvant les equations de Navier Stokes moyennees par la technique de Reynolds (RANS) est implante sous OpenFOAM. Il a ete demontre que ce modele represente adequatement l'ecoulement proche de la paroi (couche de surface, CS) ou l'ecoulement est isotrope, mais qu'il ne peut reproduire adequatement les caracteristiques de l'ecoulement lorsqu'il est fortement non isotrope. Afin d'ameliorer la prevision du vent en terrain avec orographie et couvert forestier, un modele hybride compose du modele de fermeture k e proche de la surface couple a un modele de grandes echelles (LES) plus loin de la paroi est propose. Le modele k e est utilise comme modele de fermeture de sous maille dans la region LES. Ce modele hybride presente un compromis entre precision et temps de calcul. Des simulations de la CLA sur terrain plat rugueux et sur couvert forestier homogene sont realisees pour valider le modele hybride propose, determiner ses limitations et identifier ses possibilites d'amelioration. Sur terrain plat rugueux, les resultats numeriques montrent que le modele k e utilise par le modele hybride propose dans la region proche de la paroi prevoit convenablement la CS. Des erreurs numeriques sont toutefois observees proche de la paroi. Le modele hybride reproduit d'une facon realiste l'ecoulement, sauf dans la zone de transition entre les simulations de type RANS et de type LES. Sur terrain plat avec couvert forestier homogene horizontalement, le modele hybride propose reproduit les observations a l'interieur de la foret. Au dessus de la foret, les resultats du modele hybride propose est en accord qualitatif avec les mesures. Ensuite, les deux modeles ont ete testes a l'aide de mesures en soufflerie sur une colline tridimensionnelle sans couvert forestier et sur une colline bidimensionnelle couverte par une foret homogene horizontalement. Comparativement aux observations, le modele hybride reproduit d'une facon adequate l'ecoulement de la CLA en terrain avec orographie et foret, et ce, avec un niveau de precision assez eleve sans necessiter d'enormes couts numeriques comme c'est generalement le cas pour les LES de CLA.