Hedi BASBAS : "Commandes non linéaires robustes et adaptatives des éoliennes flottantes"

Résumé : L’industrie éolienne, ayant optimisé les technologies terrestres, se tourne vers les vents marins qui offrent plus de vitesse et moins de turbulence. Les éoliennes flottantes (EF), souvent ancrées dans des eaux de plus de 30 m de profondeur, reposent sur des bases flottantes pour des raisons de coût. Ces plateformes sont confrontées à des défis liés aux perturbations et dynamiques complexes dues à l'interaction entre vents et vagues. Ainsi, la conception de systèmes de contrôle adaptatifs et robustes est indispensable pour gérer ces défis spécifiques aux éoliennes flottantes. Ce travail de thèse vise à atteindre trois objectifs majeurs. En premier lieu, il a pour but d'élaborer un modèle non linéaire pour les éoliennes flottantes, plus précisément un modèle orienté commande, qui est essentiel pour la mise au point de systèmes de commande efficaces. Le deuxième objectif se focalise sur la synthèse de lois de commande stables, robustes et adaptatives, élaborées en se basant sur le modèle non linéaire précédemment développé. Enfin, le troisième objectif concerne la création d’une plateforme HIL spécifique aux éoliennes flottantes, conçue pour tester et valider les lois de commande en temps réel. Ainsi, nous avons développé un modèle non linéaire entièrement analytique, essentiel à la synthèse de commandes non linéaires, marquant une contribution significative de cette thèse. Utilisant ce modèle, divers contrôleurs par mode glissant à gains fixes ont été élaborés pour la région 3 de fonctionnement, où la vitesse du vent est assez élevée pour permettre à la génératrice d'atteindre sa vitesse nominale. Dans ce contexte, les contrôleurs sont conçus pour ajuster l'angle des pales afin d'assurer la stabilité de la plateforme, en particulier l'angle de tangage, et pour maximiser la production d'électricité. Ils maintiennent également la vitesse de la génératrice au niveau nominal avec une oscillation minimale, réduisant ainsi la fatigue de la structure, des pales et des lignes caténaires. Ces travaux ont démontré les performances et la capacité des commandes par mode glissant à gains fixes pour les EF à travers une comparaison avec un contrôleur de référence dans la littérature. C’est pourquoi, dans un second temps, plusieurs commandes par mode glissant adaptatives ont été mises en oeuvre afin d'outrepasser les performances du contrôleur de référence. Finalement, le principal défi de cette thèse a été l’émulation en temps réel du simulateur haute-fidélité OpenFAST pour les EF sur une carte de développement. Le document décrit minutieusement le processus d'émulation sur une carte compactRIO de National Instruments. Il guide le lecteur depuis la phase de sélection des cartes, en traversant les étapes complexes de compilation et de modification des codes informatiques, jusqu'à l'achèvement de la plateforme Hardware-In-the-Loop.

Composition du jury : 

Salah LAGHROUCHE, Professeur des universités, Université Bourgogne - Franche-Comté, Directeur de thèse

MOHAMED DJEMAI, Professeur des universités, Université Polytechnique Hauts-de-France, Rapporteur

Patrice WIRA, Professeur des universités, Université de Haute Alsace, Examinateur

Franck PLESTAN, Professeur des universités, Ecole Central de Nantes, Co-encadrant de thèse

MICKAEL HILAIRET, Professeur des universités, Ecole Centrale de Nantes, CoDirecteur de thèse

Romain DELPOUX, Maître de conférences, INSA de Lyon, Rapporteur

Localisation : Université de Technologie de Belfort-Montbéliard (UTBM) Campus de Belfort - rue Thierry Mieg Bâtiment B 90000 BELFORT - salle B424