The report describes a theoretical and experimental investigation of the effect of wall cooling on the overall features of shock wave laminar boundary layer interactions in hypersonic two dimensional flow. The integral method of Lees-Reeves-Klineberg has been modified in order to compute viscous interactions over a continuous range of wall-to-stagnation temperature ratios using a single set of 'universal' integral functions. Comparisons between the theoretical predictions and the experimental results obtained from pressure and heat transfer distribution measurements show satisfactory agreements. (Modified author abstract).

Afin de concevoir des systèmes de propulsion innovants, l'amélioration des performances des prises d'air supersonique constitue un enjeu majeur. En particulier, les écoulements intervenant au sein des entrées d'air et/ou de diffuseurs supersoniques mettent en jeu des phénomènes complexes associés aux diverses échelles spatiales et temporelles: dynamique de la turbulence pariétale, interaction entre une onde de choc et une couche limite turbulente, décollements tridimensionnels et effets de coins. Malgré les contributions significatives et récentes des simulations numériques de haute fidélité sur les instationnarités de l'interaction onde de choc/couche limite sans paroi latérales, peu d'études numériques ont été menées sur l'influence des coins dans la dynamique de l'écoulement. En présence de parois latérales et à des nombres de Mach suffisamment élevés, l'interaction se modifie et un train de choc se forme dans le diffuseur. Dans le cadre de cette thèse, les équations de Navier-Stokes en régime compressible sont résolues à l'aide de schémas d'ordre élevé. Des simulations en régime supersonique de l'écoulement dans des diffuseurs rectangulaires de largeurs différentes sont effectuées. L'étude permet la mise en évidence de l'influence du confinement et des effets de coins. Une deuxième partie de l'étude est consacrée à la compréhension des instationnarités générées par un train de choc dans un diffuseur rectangulaire à l'aide d'outils de post-traitement avancés: décomposition modale dynamique et périodogramme. Les résultats montrent la présence d'un possible phénomène de résonance du diffuseur à des fréquences proches de celles émises par l'écoulement.

Cette étude a été l'occasion d'étudier les effets liés à la présence d'un cisaillement particulier de l'écoulement moyen sur le phénomène d'interaction choc/turbulence. Dans un premier temps, un outil de calcul performant et modulaire fondé sur une approche orientée objet a été développé afin de réaliser des simulations numériques directes de ce type d'écoulement. L'utilisation de schémas numériques à capture de choc et d'ordre élevé de type WENO ont permis une résolution fidèle des équations de Navier-Stokes compressibles. Dans un deuxième temps, une analyse poussée des effets de ce type de cisaillement sur la turbulence en l'absence de choc a été réalisée. Cette première étude a été l'occasion de dégager l'influence de plusieurs paramètres influents pour cette configuration d'écoulement. Enfin, dans un dernier temps, l'étude du phénomène d'interaction choc/turbulence cisaillée en présence de gradients moyens de température et de masse volumique a permis de souligner l'activation de phénomènes physiques caractéristiques à cette configuration. Ce travail permet également d'apporter une base de données de résultats susceptible d'être confrontée avec les modèles de turbulence et constitue un point de vue intéressant pour l'étude du phénomène d'interaction choc/couche limite.

CETTE ETUDE TRAITE DE L'INTERACTION TRIDIMENSIONNELLE ONDE DE CHOC/COUCHE LIMITE TURBULENTE, QUI EST UN PHENOMENE D'UN GRAND INTERET PRATIQUE POUR LES AVIONS SUPERSONIQUES. L'INTERACTION EST INDUITE PAR UNE PLAQUE PLANE A BORD D'ATTAQUE ARRONDI, MONTEE PERPENDICULAIREMENT A LA PAROI INFERIEURE D'UNE SOUFFLERIE. LES CHAMPS DE VITESSES MOYENNES ET TURBULENTES SONT MESURES DANS DES PLANS LONGITUDINAUX, A L'AIDE D'EXPLORATIONS PAR VELOCIMETRIE LASER TRIDIMENSIONNELLE, COMPLETEES PAR DES RELEVES DE PRESSION PARIETALE, ET PAR DES VISUALISATIONS DE LIGNES DE FROTTEMENT. LA STRUCTURE DE CHOCS EN LAMBDA ET L'ORGANISATION TOURBILLONNAIRE DE L'ECOULEMENT DECOLLE SONT EXAMINEES. LES PROPRIETES DE LA TURBULENCE SONT ANALYSEES, NOTAMMENT EN RELATION AVEC LA STRUCTURE DU CHAMP MOYEN. LE TRAINAGE DES PARTICULES D'ENSEMENCEMENT EST EVALUE AU VOISINAGE DES CHOCS. CETTE EXPERIENCE EST SIMULEE PAR UN CODE DE RESOLUTION DES EQUATIONS MOYENNEES EN TEMPS DE NAVIER-STOKES COMPRESSIBLES, ASSOCIEES A UN MODELE DE TURBULENCE ALGEBRIQUE DE LONGUEUR DE MELANGE. LA METHODE NUMERIQUE EMPLOYEE SE CARACTERISE PAR UN SCHEMA EXPLICITE CENTRE AVEC UNE APPROCHE VOLUMES FINIS, EN MAILLAGE STRUCTURE. NOUS ANALYSONS L'INFLUENCE DE LA DISTRIBUTION DE VISCOSITE TURBULENTE SUR L'INTERACTION, AINSI QUE L'INDEPENDANCE DU CALCUL VIS A VIS DU MAILLAGE. LA VALIDITE DU MODELE DE TURBULENCE EST DISCUTEE PAR UNE CONFRONTATION AVEC CERTAINS RESULTATS EXPERIMENTAUX