Soutenance de thèse de Kathleen MALLARD

Résumé
Partout, les populations ont besoin d’énergie pour subvenir à leur besoin et supporter leur développement. Ces travaux se concentrent sur l’accès à l’énergie électrique des zones isolées trop éloignées du réseau électrique principal pour y être connectées. Parmi elles, nous sélectionnons les zones à proximité d’une mer ou d’une rivière dont l’énergie hydrocinétique peut être récupérée et transformée en électricité par une hydrolienne. Les solutions technologiques disponibles sur le marché ne répondent que partiellement aux besoins spécifiques des communautés de ces zones isolées.
L’objectif de la thèse est double : proposer une démarche de conception multicritère afin d’imaginer une solution de production énergétique compatible avec les enjeux de développement durable puis appliquer ladite démarche pour concevoir une solution hydrolienne pour micro-réseau isolé qui soit durable et résiliente. La démarche de conception repose sur la prise en compte dès les phases amont du projet de critères qualitatifs et quantitatifs liés aux durabilités technique, économique, environnementale et sociale. L’outil proposé aide le concepteur à dialoguer avec les différentes parties prenantes afin de cibler une solution de production électrique permettant un développement humain, économique, technique, de la communauté, à la fois ancré sur le territoire et respectueux de l’environnement.
L’application de la démarche et de l’outil sur l’hydrolienne pour micro-réseau isolé amène au portrait-robot du système et de ses composants. Nous nous inspirons de la philosophie low-tech qui prône des technologies simples, durables, résilientes et accessibles. Nous avons esquissé les caractéristiques de la génératrice électrique de l’hydrolienne puis proposé un modèle analytique multi-physique et des coûts économiques, environnementaux pour un pré-dimensionnement optimisé. La machine est asynchrone à cage avec un bobinage étanche pour un refroidissement ouvert à eau, un banc de condensateur pour un fonctionnement autonome et une plage de vitesse élargie. Nous avons également étudié les effets du bobinage dentaire sur la génératrice asynchrone à cage. Finalement, nous sélectionnons les villages amazoniens de Guyane comme cas d’étude et en particulier la station de recherche CNRS des Nouragues. Nous appliquons la démarche de conception et pré-dimensionnons la génératrice avec les données disponibles avec les objectifs de maximisation du rendement énergétique ou de minimisation de la masse de la machine et des coûts économiques et environnementaux.

Abstract:
Everywhere, populations need energy to meet their needs and support their development. This work focuses on providing access to electrical energy to isolated areas that are too far from the main electricity grid to be connected to it. Among them, we select areas close to a sea or a river whose hydrokinetic energy can be recovered and transformed into electricity by a hydrokinetic turbine. The technological solutions available on the market only partially meet the specific needs of communities in these isolated areas.
The objective of the thesis is twofold: to propose a multi-criteria design approach in order to imagine an energy production solution compatible with the challenges of sustainable development, and then to apply this approach to design a hydrokinetic turbine solution for isolated micro-grids that is sustainable and resilient. The design approach is based on the consideration of qualitative and quantitative criteria related to technical, economic, environmental and social sustainability from the upstream phases of the project. The proposed tool helps the designer to dialogue with the various stakeholders in order to target an electrical production solution that enables human, economic, technical and community development that is both anchored in the territory and respectful of the environment.
The application of the approach and the tool on the hydro-turbine for isolated micro-grid leads to a sketch of the system and its components. We are inspired by the low-tech philosophy that advocates simple, sustainable, resilient and accessible technologies. We sketched the characteristics of the electric generator of the turbine and then proposed a multi-physical analytical model and economic, environmental and cost analysis for an optimized pre-dimensioning. The machine is asynchronous cage type with a waterproof winding for open water cooling, a condenser bank for autonomous operation and an extended speed range. We also studied the effects of the tooth winding on the asynchronous cage generator. Finally, we selected the Amazonian villages of French Guiana as a case study and in particular the CNRS research station in Nouragues. We apply the design approach and pre-dimension the generator with the available data with the objectives of maximizing the energy efficiency or minimizing the mass of the machine and the economic and environmental costs.



Le jury sera composé des membres suivants :

Pr. Yacine AMARA, Université Le Havre Normandie, GREAH, Rapporteur
Pr. Claude MARCHAND, Université Paris-Sud, GEEPS, Rapporteur
Pr. Peggy ZWOLINSKI, Grenoble INP, G-SCOP, Examinatrice
Mr. Frédéric WURTZ, CNRS, G2Elab, Examinateur
Mr. Flavien MARTINE, industriel, Guinard Energies Nouvelles, Invité
Mr. Lauric GARBUIO, Grenoble INP, G2Elab, Co-directeur
Mr. Vincent DEBUSSCHERE, Grenoble INP, G2Elab, Co-directeur