Doctorat de Maxime Chiarelli
Avec l’évolution du mix électrique et le besoin croissant de flexibilité du système énergétique, les turbines Pelton sont soumises à des conditions d’exploitation de plus en plus variables, avec notamment une augmentation du nombre de démarrages, d’arrêts et de changements de régime. À ces sollicitations s’ajoute, dans les aménagements alpins, l’érosion hydro-abrasive provoquée par les sédiments transportés par l’eau. Ces phénomènes peuvent affecter progressivement l’intégrité des roues et rendent particulièrement pertinente la mise en place de méthodes de surveillance capables de suivre leur état en exploitation.
La thèse de doctorat de Maxime Chiarelli s’est intéressée au potentiel des méthodes basées sur l’analyse vibratoire pour détecter l’endommagement des turbines Pelton. L’approche repose sur le fait que les caractéristiques dynamiques d’une structure, et notamment ses fréquences propres, évoluent lorsque sa géométrie ou ses propriétés mécaniques sont modifiées. Leur suivi pourrait ainsi fournir des indicateurs permettant d’identifier l’évolution de l’état d’une roue de manière non intrusive.
Les travaux ont combiné campagnes de mesures sur des turbines Pelton industrielles, essais expérimentaux et modélisations numériques afin de caractériser le comportement dynamique des roues dans différentes conditions. Une attention particulière a été portée à l’identification de leurs fréquences propres en fonctionnement, y compris lors de régimes transitoires, ainsi qu’à l’influence de paramètres géométriques et de l’érosion hydro-abrasive sur leur comportement dynamique.
Ces recherches contribuent au développement de nouvelles approches de surveillance de l’état de santé des turbines Pelton et, à plus long terme, de maintenance prédictive. Elles visent à mieux détecter l’évolution de l’état des roues en exploitation afin d’accompagner les exploitants dans la planification des inspections et des opérations de maintenance.
Publications et travaux associés
Thèse de doctorat
Maxime Chiarelli, Damage Detection of Pelton Turbines Using Vibration-Based Methods, ETH Zürich, 2026.
Consulter la thèse dans l’ETH Research Collection
Articles de journaux
Chiarelli, M., Decaix, J., Vetsch, D. F., Boes, R. M., & Münch-Alligné, C. (2026). Quantifying the Influence of Hydro-abrasive Erosion on the Dynamic Behaviour of Pelton Runners: An Experimental Study. Results in Engineering, 112074. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2026.112074
M. Chiarelli, D. F. Vetsch, R. M. Boes, L. Andolfatto, and C. Münch-Alligné, On the Influence of Geometrical Parameters and Erosive Wear on the Dynamic Behaviour of Pelton Turbine Runners, 2025 Results in Engineering, https://doi.org/10.1016/j.rineng.2025.105638
Articles de conférence / proceedings
M. Boden, M. Chiarelli, V. Tsingos, N. Allaban, J. Decaix, S. Stojanovic-Roth, G. Blommaert, B. Valluy and C. Münch-Alligné, Digital Twin for Vibration Monitoring of Pelton Units, 2025, IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci. 1442 012008, doi:10.1088/1755-1315/1442/1/012008
M. Chiarelli, D. F. Vetsch, R. M. Boes, and C. Münch-Alligné, Investigation of the natural modes of a Pelton runner prototype, 2025, IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 1483 012015, doi:10.1088/1755-1315/1483/1/012015
M. Chiarelli, R. M. Boes, D. F. Vetsch, G. Blommaert, M. Boden, and C. Münch-Alligné, Identification of natural frequencies of Pelton runners during transient operating conditions, Proceeding of the ISMA-2024 conference, Leuven, Belgium
M. Chiarelli, C. Münch-Alligné, D. F. Vetsch, and R. M. Boes, Characterisation of dominant frequencies during transient operations of Pelton turbines at the FMHL PSP, Proceedings of Hydro 2023, Edinburgh, Scotland
M. Chiarelli, V. C. Hasmatuchi, A. Amini, J. Decaix, D. F. Vetsch, R. M. Boes and C. Münch-Alligné, Onsite measurements of the dynamic behaviour of Pelton turbines in the context of predictive maintenance, 2022, IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 1079 012096, doi: 10.1088/1755-1315/1079/1/012096
Article de vulgarisation
M. Mettile, M. Chiarelli, J. Decaix, S. Rey-Mermet, and C. Münch-Alligné, Quels défis pour les turbines Pelton?, Bulletin Electrosuisse 1/2023
