Étude numérique des performances hydrodynamiques d’un convertisseur d’énergie des vagues de type plaque verticale submergée sous des ouvertures relatives variables

Pourquoi les vagues peuvent alimenter notre avenir

Les vagues océaniques transportent une quantité considérable d’énergie propre, mais la plupart des dispositifs qui tentent de la récolter sont complexes et coûteux. Cette étude examine une idée étonnamment simple : une fine plaque verticale dissimulée sous la surface qui reconfigure l’écoulement de l’eau pour entraîner une turbine plus efficacement. En explorant comment les vagues interagissent avec cette plaque et un fond marin modelé placé en dessous, les chercheurs étudient une nouvelle façon d’extraire davantage d’énergie de chaque vague qui passe.

Une plaque cachée sous les vagues

Le dispositif au cœur de ce travail est une fine plaque verticale stationnaire submergée, placée juste sous la surface de l’eau. Les vagues qui rencontrent la plaque sont partiellement réfléchies et partiellement forcées d’accélérer en se faufilant à travers une ouverture entre la plaque et le fond marin. en aval, cet écoulement plus rapide peut entraîner une turbine axiale, similaire dans l’esprit à une petite éolienne sous-marine. La question de conception clé est la taille de cette ouverture et comment la forme du fond sous la plaque influence la quantité d’énergie utile qui se retrouve dans l’eau à grande vitesse.

Construire une cuve à vagues numérique

Plutôt que d’expérimenter en mer, l’équipe a réalisé un modèle informatique détaillé d’une cuve à vagues en utilisant le logiciel ANSYS Fluent. Ils ont simulé deux couches de fluide, l’air au-dessus et l’eau en dessous, et généré des vagues réalistes à une extrémité de la cuve tout en les absorbant à l’autre pour éviter les réflexions indésirables. Dans cette cuve numérique, ils ont placé la plaque submergée, parfois au-dessus d’un fond plat et parfois au-dessus d’un fond en trapèze surélevé qui créait un passage rétréci sous la plaque. En suivant à la fois la surface de l’eau et la vitesse d’écoulement autour de la plaque, ils ont pu estimer quelle part de l’énergie des vagues entrantes pouvait être convertie en énergie d’écoulement utile pour la turbine.

Tester différentes ouvertures et formes de fond

Les chercheurs ont fait varier deux paramètres principaux : la hauteur de l’écart sous la plaque, appelée ouverture relative, et la vigueur des vagues, exprimée par leur hauteur et leur période. Ils ont aussi comparé des fonds plats et irréguliers en changeant la hauteur de la structure trapézoïdale sous la plaque. Leurs simulations ont montré que, lorsque les vagues interagissent avec le fond modelé, l’eau est canalisée et accélérée sous la plaque, formant de forts jets et des motifs tourbillonnaires qui transportent plus d’énergie cinétique. Cet effet était beaucoup plus faible sur un fond plat, où l’écoulement restait plus uniforme et moins énergétique.

Trouver le point optimal pour l’écoulement et l’efficacité

En examinant la vitesse d’écoulement sous la plaque pour de nombreuses combinaisons de hauteur et de période de vagues, l’équipe a identifié les conditions où la vitesse de l’eau et donc la puissance potentielle étaient maximales. Ils ont constaté que la raideur des vagues et la taille de l’ouverture sont toutes deux importantes. Pour des vagues relativement raides, la vitesse d’écoulement axiale atteignait un maximum pour une période de vague d’environ 1,87 seconde. De manière cruciale, une ouverture relative de 50 % a produit la meilleure efficacité hydrodynamique, c’est‑à‑dire la plus grande part de l’énergie des vagues convertie en écoulement rapide prêt pour la turbine. Avec cette ouverture et un fond trapézoïdal, le dispositif a surpassé le cas à fond plat et d’autres tailles d’écart de manière nette.

Ce que cela signifie pour l’énergie des vagues

En termes simples, cette étude montre qu’un ajustement modeste de la géométrie sous‑marine peut améliorer sensiblement le rendement d’un dispositif d’énergie des vagues. Une fine plaque submergée associée à une ouverture correctement dimensionnée et à un fond modelé peut concentrer l’énergie des vagues en un jet d’eau puissant pour une turbine axiale. Les résultats suggèrent qu’une ouverture de 50 % de la hauteur, combinée à certaines conditions de vagues, offre le meilleur compromis entre laisser passer l’eau et la contraindre suffisamment pour l’accélérer. Bien que les océans réels soient plus irréguliers qu’une cuve numérique, ces conclusions fournissent aux concepteurs un point de départ clair pour construire des convertisseurs d’énergie des vagues compacts, efficaces et potentiellement moins coûteux, mieux adaptés à la forme naturelle du fond marin.

Citation: Yadav, S.S., Roy, S. & Rathore, P.K.S. Computational investigation on the hydrodynamic performance of a vertically submerged plate-type wave energy converter under variable relative openings. Sci Rep 16, 14854 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38433-7

Mots-clés: énergie des vagues, énergie océanique renouvelable, convertisseur à plaque submergée, topographie du fond marin, mécanique des fluides numérique