Cette thèse porte sur la compréhension de systèmes dynamiques liés aux films liquides minces entraînés par la gravité; principalement des modèles d'eau peu profonde et des équations de lubrification. D'un point de vue modélisation, nous avons obtenu d'une part des modèles à 3 équations des eaux peu profondes pour les fluides newtoniens à viscosité constante décrivant l'évolution de la hauteur du fluide, de sa vitesse et d'une nouvelle variable définie équivalent eau taux de cisaillement. De tels modèles parviennent à capturer des régimes instables et à donner des résultats numériques satisfaisants pour l'étude de seuil d'instabilité et de la phase de l'onde à une distance modérée du seuil. D'autre part, une équation de lubrification et un modèle d'eau peu profonde ont été obtenu à partir d'un modèle de fluide non-Newtonien connu sous le nom de fluide bi-visqueux- dont la rhéologie se rapproche de celle des fluides pseudo plastiques et de Bingham. Concernant la partie analyse, l'existence globale de solutions faibles non négatives pour les équations de lubrification, telles que l'équation de Derrida-Lebowitz-Speer-Spohn, partant des solutions faibles non négatives pour les équations appropriées d'eau peu profonde visqueuse (en manipulant les termes de traînée et la formule de capillarité), est montrée. La nouveauté dans ce travail est de montrer que l'entropie BF qui a été introduite pour les équations de lubrification dans le contexte des films minces est encodée dans l'entropie BD introduite pour Navier-Stokes compressible avec viscosités dépendant de la densité. On s'intéresse également aux solutions dissipatives pour des systèmes incompressible et compressible de type Oldroyd ainsi qu'aux solutions faibles pour un système dégénéré de type Bingham.

Etude de l'ecoulement en conduite rigide de fluides newtoniens generalises. solution analytique de l'ecoulement plan instationnaire d'un fluide non newtonien, modelise par le fluide de maxwell. traces des courbes de profils de vitesse et de debit dans differents cas. en vue d'une application a la modelisation des fluides biologiques on introduit une viscosite non newtonienne qui transforme le systeme d'equations differentielles regissant l'ecoulement en un systeme non lineaire. solution numerique dans ce cas. etude dans le cas d'une conduite axisymetrique rigide

UNE METHODE NUMERIQUE DESTINEE A SIMULER LES ECOULEMENTS BIDIMENSIONNELS ET INSTATIONNAIRES EN FLUIDE VISQUEUX, EN REGIME LAMINAIRE ET EN PRESENCE D'UNE SURFACE LIBRE EST DEVELOPPEE DANS CE MEMOIRE. UNE PREMIERE ETAPE A CONSISTE A SIMULER DES ECOULEMENTS SANS SURFACE LIBRE AFIN DE VALIDER LA METHODE DEVELOPPEE, LA SUITE LOGIQUE ETANT ALORS D'ETUDIER LE COMPORTEMENT DE L'INTERFACE ENTRE DEUX FLUIDES NON MISCIBLES. LA METHODE S'APPUIE SUR UN MAILLAGE DESTRUCTURE DES DOMAINES FLUIDES ETUDIES, AINSI QUE SUR LA DISCRETISATION DES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES PAR DES METHODES DE VOLUMES FINIS, LES VARIABLES DE VITESSE, PRESSION ET DE FRACTION VOLUMIQUE ETANT SITUEES AU CENTRE DES ELEMENTS. L'EQUATION DE QUANTITE DE MOUVEMENT PERMET D'OBTENIR D'UNE PART L'EQUATION POUR LES VITESSES SECONDAIRES, ET D'AUTRE PART D'ABOUTIR A L'EQUATION DE PRESSION PAR RECONSTRUCTION DE RHIE ET SHOW. LA SURFACE LIBRE EST DETERMINEE PAR LA METHODE VOLUME OF FLUID QUI FAIT PARTIE DES METHODES DITES INTERFACE-CAPTURING . LA METHODE DE RESOLUTION TOTALEMENT COUPLEE EST FONDEE SUR LA RESOLUTION A CHAQUE ITERATION D'UN SEUL SYSTEME LINEAIRE POUR LES INCONNUES DE VITESSE ET PRESSION. L'ALGORITHME ITERATIF PRECONDITIONNE BICGSTAB-W PERMET DE RESOUDRE LE SYSTEME LINEAIRE. LES CALCULS REALISES SUR L'ECOULEMENT DANS UNE CAVITE CARREE DONT UNE PAROI EST ENTRAINEE, AUTOUR D'UN ET PLUSIEURS CYLINDRES COTES-A-COTES A DIFFERENTS NOMBRES DE REYNOLDS, SUR LE MOUVEMENT D'UNE COLONNE DE FLUIDE QUI S'ECROULE ET SUR UNE CUVE EN MOUVEMENT DE CAVALEMENT FORCE SONT COMPARES AUX RESULTATS EXPERIMENTAUX ET A D'AUTRES CALCULS NUMERIQUES.

Dans ce mémoire, il est présenté le développement d'un outil numérique destiné à la simulation d'écoulements quelconques à surface libre. Cet outil se caractérise par l'emploi d'une méthode fortement couplée pour la résolution des équations de Navier-Stokes et par l'utilisation d'une technique dite de capture d'interface pour localiser la surface libre. Dans la première partie de l'ouvrage, la validation de la technique de capture d'interface est réalisée. Brièvement, cette technique consiste à simuler l'écoulement d'un seul fluide dont les caractéristiques physiques (viscosité et masse volumique) varient au travers d'une zone de transition : zone supposée coïncider avec la surface libre. La localisation de celle-ci est réalisée par la valeur d'un indicateur : la fraction de volume. L'évolution temporelle et spatiale de cette zone est obtenue par la résolution d'une équation de convection. La résolution de cette équation est implicite et ne nécessite pas de reconstruction d'interface. La seconde partie du document présente une description détaillée de la discrétisation des équations de Navier-Stokes utilisée et de la construction du système numérique. Dans cette partie, nous présentons et décrivons deux formulations numériques du problème se distinguant par une prise en compte différente du terme de masse volumique. Puis, la question de la compatibilité entre les discrétisations des équations de conservation est traitée. Enfin, pour conclure le mémoire, les outils numériques présentés sont validés par comparaison avec des résultats expérimentaux pour une grande variété de problèmes : sloshing, effondrement d'une colonne d'eau, instabilités de Rayleigh-Taylor, écoulement autour d'un profil immergé et la génération de houle. Enfin, quelques applications tridimensionnelles comme l'écoulement autour d'une carène sont décrites.

Ce travail de thèse traite de la modélisation et la simulation des systèmes complexes et s’inscrit dans la thématique du contrôle et la gestion des ressources en eau. Nous proposons une approche originale basée sur les modèles de Boltzmann sur réseau pour représenter les écoulements au sein des canaux d’irrigation, habituellement décrits par les équations non linéaires de Saint-Venant. Nous avons adapté un modèle bi-fluide et étudié les conditions aux bords qui permettent de reproduire la géométrie d’un canal à surface libre. Des méthodes de détermination des grandeurs hydrauliques d’intérêt ont été développées. Nous nous sommes intéressés au comportement des vannes de fond en régime noyé, et nous démontrons que le modèle permet de décrire celui-ci spontanément dans différentes situations de fonctionnement. Des validations ont été effectuées par le biais d’une comparaison avec des expérimentations menées sur un micro-canal expérimental. Nous avons également introduit dans le modèle des phénomènes de sédimentation et étudié l’influence de la présence d’un dépôt de sédiments sur l’écoulement. Là aussi, les résultats de simulation et d’expérimentation convergent.

POUR ETUDIER LE COMPORTEMENT DE LA COUCHE LIMITE ENGENDREE PAR UN ECOULEMENT DE HOULE ET/OU DE COURANT, ON SE PROPOSE DANS UNE PREMIERE APPROCHE DE MODELISER DES ECOULEMENTS BIDIMENSIONNELS VERTICAUX EN METTANT EN OEUVRE UN PROGRAMME DE RESOLUTION DES EQUATIONS DE LA MECANIQUE DES FLUIDES QUI UTILISE UNE FORMULATION A.L.E. (ARBITRARY LAGRANGIAN EULERIAN), TECHNIQUE PARTICULIEREMENT BIEN ADAPTEE AUX PROBLEMES A SURFACE LIBRE. UNE ETUDE NUMERIQUE INTRINSEQUE DE CONVERGENCE PORTANT SUR LE CODE A PERMIS D'UNE PART DE FIXER LES PARAMETRES DE DISCRETISATION ET, D'AUTRE PART, DE CHOISIR LA TECHNIQUE D'INTERPOLATION POUR LA DEFINITION DE LA SURFACE LIBRE, LE SCHEMA CONVECTIF ET LE SCHEMA D'EVOLUTION DE LA SURFACE LIBRE AU VOISINAGE D'UNE PAROI. L'ETUDE DE LA PROPAGATION D'UNE ONDE SOLITAIRE A SERVI DE CAS TEST. LES COMPARAISONS DES RESULTATS OBTENUS AVEC CEUX D'ORIGINE EXPERIMENTALE ET ANALYTIQUE D'AUTRES AUTEURS SONT SATISFAISANTES. A PARTIR DE LA NOUS AVONS TRAITE TROIS ASPECTS D'UN PROBLEME IMPORTANT POUR LA DYNAMIQUE SEDIMENTAIRE: LA DETERMINATION DE LA COUCHE LIMITE ENGENDREE PAR UN ECOULEMENT DE HOULE ET/OU DE COURANT. NOUS AVONS REPRODUIT LA CONFIGURATION EXPERIMENTALE DU CANAL A HOULE DU LABORATOIRE DE MECANIQUE DES FLUIDES ET GENIE CIVIL DU HAVRE QUI TRAVAILLE AVEC LE MEME OBJECTIF. POUR UN ECOULEMENT DE HOULE SEULE, LES RESULTATS OBTENUS PAR LA MODELISATION NUMERIQUE SONT SATISFAISANTS, COMPARES AUX RESULTATS ANALYTIQUES DISPONIBLES. POUR UN ECOULEMENT DE COURANT SEUL, LES RESULTATS SONT EGALEMENT EN BON ACCORD AVEC LES RELATIONS FOURNIES PAR LA BIBLIOGRAPHIE EXISTANTE, CETTE ETUDE A NOTAMMENT PERMIS DE PRECISER LES VALEURS DU COEFFICIENT DE CHEZY. ENFIN, LES PREMIERES SIMULATIONS D'ECOULEMENTS COMBINES DE HOULE ET DE COURANT ONT ETE FAITES. LA COMPARAISON AVEC LES RESULTATS EXPERIMENTAUX APPARAIT SATISFAISANTE POUR UN ECOULEMENT DE HOULE DOMINANT