Nous avons le plaisir d’annoncer la publication de notre nouvel article scientifique dans la revue Results in Engineering :
Biner D., Hasmatuchi V., Dujic D., Münch-Alligné C. (2026)
Fatigue design of Francis-type pump-turbine runners under flexible power generation
Disponible en Open Access chez Elsevier : https://doi.org/10.1016/j.rineng.2026.109480
Contexte
Avec l’intégration massive des énergies renouvelables intermittentes, les centrales hydroélectriques doivent fonctionner de manière plus flexible (démarrages/arrêts fréquents, fonctionnement à charge partielle, vitesse variable). Ces nouveaux régimes d’exploitation augmentent les sollicitations mécaniques sur les roues de turbines et posent des défis majeurs en matière de fatigue structurelle et de durée de vie.
Objectifs de l’étude
L’article propose une méthodologie avancée pour :
- Mieux prédire la fatigue des roues de pompe-turbine Francis
- Prendre en compte les états de contraintes multiaxiales
- Distinguer les contributions High Cycle Fatigue (HCF) et Low Cycle Fatigue (LCF)
- Évaluer l’impact des séquences de démarrage
- Comparer les résultats numériques à des mesures expérimentales sur prototype
Méthodologie
L’étude repose sur :
- Des simulations CFD instationnaires couplées à des modèles structurels
- Une approche par plan critique (scaled normal stress method) pour traiter les états de contrainte multiaxiaux
- Un modèle quasi-stationnaire permettant d’estimer les dommages pour des trajectoires d’exploitation arbitraires
- Une validation expérimentale sur une pompe-turbine prototype de 5 MW équipée d’un convertisseur pleine puissance (FSFC)
Résultats clés
- Les critères classiques (Von Mises, contrainte principale) peuvent conduire à des estimations non fiables des zones critiques de fatigue.
- L’approche par plan critique améliore significativement la robustesse des prédictions.
- L’exploitation à vitesse variable permet une réduction drastique des dommages de fatigue lors des démarrages, contribuant à prolonger la durée de vie des équipements.
- Le modèle développé permet de quantifier l’impact de stratégies de contrôle avancées sur l’intégrité mécanique des machines.
Financement
Ce travail s’inscrit dans le cadre du projet européen XFLEX HYDRO (Horizon 2020).
