Siham Zantoute, doctorant de l'équipe ICube MECAFLU (Mécanique des fluides), soutient sa thèse ayant pour titre Étude numérique et expérimentale d’une aile oscillante passive pour la récupération d’énergie hydraulique, le mercredi 17 décembre 2025 à 14h, à l'INSA Strasbourg (amphithéâtre de Dietrich).
Le jury est composé de :
Directeurs de thèse :
• Abdellah GHENAIM – Professeur des Universités, INSA Strasbourg
• Abdelali TERFOUS – Maître de conférences, INSA Strasbourg
Rapporteurs :
• Abdellatif OUAHSINE – Professeur émérite, UTC
• Pierre-André GARAMBOIS – Chargé de recherches, INRAE
• Abdellatif OUAHSINE – Professeur émérite, UTC
• Pierre-André GARAMBOIS – Chargé de recherches, INRAE
Examinateurs :
• Ludovic CHATELLIER – Professeur des Universités, ISAE-ENSMA
• Agathe CHOUIPPE – Maître de conférences, Université de Strasbourg
• Ludovic CHATELLIER – Professeur des Universités, ISAE-ENSMA
• Agathe CHOUIPPE – Maître de conférences, Université de Strasbourg
Résumé
Cette thèse s’inscrit dans le cadre de la conversion d’énergie hydraulique à l’aide de systèmes à aile oscillante passifs, où l’interaction fluide–structure est exploitée pour générer des oscillations auto-entretenues permettant l’extraction d’énergie. Un modèle dynamique en corps rigide a été développé puis couplé à une simulation URANS sous OpenFOAM via un maillage superposé afin de reproduire précisément le comportement couplé du système.
L’étude numérique a été étendue à une configuration parallèle composée de deux ailes oscillantes, dans l’objectif d’identifier l’espacement optimal maximisant l’efficacité énergétique. Les résultats montrent qu’un espacement compris entre trois et cinq fois la corde favorise des interactions tourbillonnaires constructives, améliorant la cinématique du mouvement et la puissance extraite.
En parallèle, un dispositif expérimental à bras pivotant a été conçu et testé dans un canal à surface libre pour valider les performances du système passif. Deux configurations ont été étudiées : l’une avec des ressorts de tangage fixés au bâti, l’autre avec des ressorts attachés au bras pivotant. Les essais ont révélé qu’une efficacité maximale de 40 % est atteinte pour la configuration engrenée, supérieure à celle de la configuration à translation linéaire.
Ce travail propose ainsi un cadre méthodologique complet combinant modélisation, simulation et validation expérimentale pour le développement de micro-turbines hydrocinétiques passives, modulaires et à faible impact environnemental.
Cette thèse s’inscrit dans le cadre de la conversion d’énergie hydraulique à l’aide de systèmes à aile oscillante passifs, où l’interaction fluide–structure est exploitée pour générer des oscillations auto-entretenues permettant l’extraction d’énergie. Un modèle dynamique en corps rigide a été développé puis couplé à une simulation URANS sous OpenFOAM via un maillage superposé afin de reproduire précisément le comportement couplé du système.
L’étude numérique a été étendue à une configuration parallèle composée de deux ailes oscillantes, dans l’objectif d’identifier l’espacement optimal maximisant l’efficacité énergétique. Les résultats montrent qu’un espacement compris entre trois et cinq fois la corde favorise des interactions tourbillonnaires constructives, améliorant la cinématique du mouvement et la puissance extraite.
En parallèle, un dispositif expérimental à bras pivotant a été conçu et testé dans un canal à surface libre pour valider les performances du système passif. Deux configurations ont été étudiées : l’une avec des ressorts de tangage fixés au bâti, l’autre avec des ressorts attachés au bras pivotant. Les essais ont révélé qu’une efficacité maximale de 40 % est atteinte pour la configuration engrenée, supérieure à celle de la configuration à translation linéaire.
Ce travail propose ainsi un cadre méthodologique complet combinant modélisation, simulation et validation expérimentale pour le développement de micro-turbines hydrocinétiques passives, modulaires et à faible impact environnemental.
Abstract
This thesis focuses on hydraulic energy conversion using passive oscillating-foil systems, where fluid–structure interaction is exploited to generate self-sustained oscillations capable of extracting energy from a flow. A rigid-body dynamic model was developed and coupled with an URANS simulation in OpenFOAM using an overset mesh to accurately capture the coupled behavior.
The numerical study was extended to a parallel configuration of two oscillating foils to determine the optimal spacing maximizing overall energy efficiency. Results show that a spacing of three to five chord lengths promotes constructive vortex interactions, improving motion kinematics and extracted power.
An experimental pivoting-arm setup was then designed and tested in a free-surface channel to validate the passive system’s performance. Two configurations were assessed: one with pitch springs fixed to the frame and another with springs attached to the pivoting arm. Experiments demonstrated a maximum efficiency of 40 %, higher than that obtained with a linear-translation system.
This work provides an integrated framework combining modeling, numerical simulation, and experimental validation for the development of passive, modular, and environmentally sustainable hydrokinetic micro-turbines.
This thesis focuses on hydraulic energy conversion using passive oscillating-foil systems, where fluid–structure interaction is exploited to generate self-sustained oscillations capable of extracting energy from a flow. A rigid-body dynamic model was developed and coupled with an URANS simulation in OpenFOAM using an overset mesh to accurately capture the coupled behavior.
The numerical study was extended to a parallel configuration of two oscillating foils to determine the optimal spacing maximizing overall energy efficiency. Results show that a spacing of three to five chord lengths promotes constructive vortex interactions, improving motion kinematics and extracted power.
An experimental pivoting-arm setup was then designed and tested in a free-surface channel to validate the passive system’s performance. Two configurations were assessed: one with pitch springs fixed to the frame and another with springs attached to the pivoting arm. Experiments demonstrated a maximum efficiency of 40 %, higher than that obtained with a linear-translation system.
This work provides an integrated framework combining modeling, numerical simulation, and experimental validation for the development of passive, modular, and environmentally sustainable hydrokinetic micro-turbines.