Les turbines à axe horizontal ont souvent été préférées à celles à axe vertical au vu de leurs meilleures performances. Les pistes d’amélioration des turbines à axe vertical incluent notamment l’augmentation de l’efficacité globale en utilisant des pales à calage variable, et la réduction des fluctuations de couple en utilisant des configurations 3D particulières. Un modèle de mécanique des fluides numérique 2D et 3D adaptable est développé et validé dans cette thèse. Il est basé sur le modèle de turbulence RANS k-w SST, dans sa forme instationnaire. Le logiciel FLUENT® est utilisé pour simuler l’écoulement et prédire les performances d’une turbine. Une étude paramétrique 2D des turbines à pales droites est menée dans un premier temps afin de sélectionner le meilleur candidat pour l’étude d’optimisation, tout en rafraichissant l’état de l’art. L’effet de la solidité, du nombre de pales, du rapport de vitesse, du nombre de Reynolds, de l’angle de calage fixe et de l’épaisseur des pales sur l’efficacité aérodynamique de la turbine est évalué afin de déterminer ce qui est la meilleure configuration aérodynamique et le meilleur point d’opération dans des conditions données. L’impact des effets 3D associés à l’allongement des pales et à l’utilisation ou non de plaques de bout est aussi évalué. Les simulations montrent que la solidité optimale basée sur le rayon est autour de o = 0:2. En 3D, un faible allongement de 7 implique une chute d’efficacité relative de 60% par rapport aux prédictions 2D. Des pales plus allongées améliorent radicalement l’efficacité. Les plaques de bouts ont un effet positif sur les performances, en autant que leur taille est limitée. L’étude d’optimisation a montré un potentiel d’amélioration de l’efficacité des turbines à solidité aux alentours de o = 0:5, en utilisant un angle de calage dynamique. Les efficacités 2D atteignent la limite de Betz, et les efficacités 3D suivent la tendance observée sur les turbines à pales fixes. Il est confirmé que les turbines hélicoïdales ont une efficacité réduite comparées à une même turbine avec des pales droites, associé cependant à un lissage du couple. C’est le résultat de la propagation du décrochage le long de la pale, qui fait décrocher certaines portions qui verraient autrement un écoulement attaché. Une réduction de l’angle d’hélice permet de limiter ce phénomène. Des turbines multi-rotors permettent de garder les avantages de turbines à pales droites, comme la possibilité d’un angle de calage variable, tout en diminuant les fluctuations de couple de la même manière qu’augmenter le nombre de pales, sans toutefois changer la solidité. Des éléments de pales plus petits amènent cependant à des pertes dues aux effets 3D, limitant le nombre possible de rotors déphasés dans une fenêtre d’extraction donnée.