This article proposes a review of the modeling approaches for floating offshore wind turbines (FOWTs) for nonlinear control design. The aerodynamic, hydrodynamic and mooring line dynamic modules for the FOWT have been reviewed to provide an overview of several modeling approaches with their respective features. Next, three control-oriented models from the literature are revisited by presenting their methodological approaches to modeling and identification. These three models cover the three most popular types of FOWTs. Then, the performances of these models are validated with the open fatigue, aerodynamics, structures, and turbulence (OpenFAST) code, and their performances are evaluated according to several criteria. Finally, one of the three models is used to illustrate a nonlinear second-order sliding mode control based on the twisting algorithm to optimize the performance of the FOWT in terms of energy extraction and reduction in the platform pitch oscillation.

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.