L'OBJET DE CETTE THESE EST LA MODELISATION ET LA SIMULATION DES ECOULEMENTS TRANSSONIQUES TURBULENTS, A L'AIDE D'UNE METHODE NUMERIQUE CENTREE IMPLICITE NE NECESSITANT PAS DE VISCOSITE ARTIFICIELLE. CETTE METHODE A ETE INITIALEMENT PROPOSEE PAR LERAT (1979) POUR LES EQUATIONS HYPERBOLIQUES PUIS PROGRESSIVEMENT DEVELOPPEE ET PERFECTIONNEE PAR LERAT, SIDES, DARU, HOLLANDERS, PEYRET, KHALFALLAH ET RECEMMENT PAR LACOMBE DANS LE CADRE DES ECOULEMENTS HYPERSONIQUES LAMINAIRES. ON COMMENCE PAR ETUDIER LES PROPRIETES DE LA METHODE DU POINT DE VUE DE L'EFFICACITE ET DE LA PRECISION, DANS LE CADRE DES ECOULEMENTS TRANSSONIQUES LAMINAIRES EN ENVIRONNEMENT MULTIDOMAINE. QUELQUES MODIFICATIONS DE LA PHASE IMPLICITE SONT PROPOSEES POUR EN AMELIORER LA ROBUSTESSE. ON ETEND ENSUITE LA METHODE A LA RESOLUTION D'ECOULEMENTS TURBULENTS, MODELISES DE MANIERE CLASSIQUE PAR LE MODELE ALGEBRIQUE DE BALDWIN ET LOMAX OU LE MODELE - INCLUANT LES EFFETS DE PAROI DE LAUNDER ET SHARMA. DES ESSAIS NUMERIQUES SUR LE PROFIL NACA0012 INDIQUENT ALORS LA PRECISION DES SOLUTIONS OBTENUES, LIMITEE SEULEMENT PAR LES FAIBLESSES DES DEUX MODELES DANS LES ZONES D'ECOULEMENT DECOLLEES. ON S'INTERESSE ENFIN A LA MODELISATION DE LA TURBULENCE PAR LA METHODE DU GROUPE DE RENORMALISATION (GRN). LA THEORIE DE YAKHOT ET ORSZAG POUR LES FLUIDES INCOMPRESSIBLES EST PRESENTEE ICI, PUIS APPLIQUEE A L'EQUATION DE LA TEMPERATURE. UN MODELE GRN - A GRAND REYNOLDS, DONT L'EQUATION D'EVOLUTION DE LA DISSIPATION COMPREND UN TERME SUPPLEMENTAIRE SENSIBLE AU CISAILLEMENT DU CHAMP MOYEN, EST ADAPTE AUX ECOULEMENTS COMPRESSIBLES ET AUX ZONES DE PROCHE PAROI. L'AMELIORATION DES PREDICTIONS DANS LES REGIONS D'ECOULEMENT DECOLLEES, PAR RAPPORT AU MODELE DE LAUNDER ET SHARMA, EST MISE EN EVIDENCE

L'OBJET DE CETTE THESE EST LA SIMULATION NUMERIQUE DES ECOULEMENTS TRANSSONIQUES INSTATIONNAIRES PAR RESOLUTION DES EQUATIONS D'EULER A L'AIDE D'UNE EXTENSION DU SCHEMA IMPLICITE CENTRE, PRECIS AU SECOND ORDRE, DE LERAT. APPLIQUE COMME UNE METHODE INSTATIONNAIRE DE DETERMINATION DE SOLUTIONS STATIONNAIRES, CE SCHEMA A L'AVANTAGE DE FONCTIONNER SANS VISCOSITE ARTIFICIELLE ET LE BUT DE CE TRAVAIL EST PRECISEMENT D'ETENDRE CETTE PROPRIETE AU CAS DES PROBLEMES REELLEMENT INSTATIONNAIRES. DEUX APPROCHES SONT DEVELOPPEES EN MONODIMENSIONNEL. LE PREMIERE CONSISTE A PRENDRE EN COMPTE LES NON-LINEARITES DANS LA CONSTRUCTION DU SCHEMA MAIS ELLE NE PERMET PAS D'ELIMINER LES OSCILLATIONS QUI APPARAISSENT DANS LA STRUCTURE DES ONDES DE CHOC MOBILES. LA SECONDE APPROCHE, QUI PERMET DE RESOUDRE CE PROBLEME, CONDUIT A MODIFIER LES TERMES DU SECOND ORDRE DU SCHEMA IMPLICITE DE BASE AFIN DE MIEUX CONTROLER LA DISSIPATION INTRINSEQUE AU SCHEMA, CE QUI REVIENT A INTRODUIRE UN PAS DE TEMPS LOCAL EN PLUS DU PAS DE TEMPS UNIFORME. LE SCHEMA A DEUX PAS DE TEMPS EST ENSUITE ETENDU EN BIDIMENSIONNEL SUIVANT LA DEMARCHE DE LERAT ET SIDES POUR LE CAS STATIONNAIRE. UN RESULTAT DE STABILITE EST DONNE DANS LE CAS SCALAIRE ET LA METHODE EST APPLIQUE AU CALCUL DE L'ECOULEMENT TRANSSONIQUE INSTATIONNAIRE AUTOUR D'UN PROFIL EN MOUVEMENT DE CORPS RIGIDE. ENFIN, UNE VALIDATION TRIDIMENSIONNELLE DE LA METHODE A DEUX PAS DE TEMPS EST PROPOSEE POUR LE PROBLEME DE L'AILE EN FLECHE ENTRE PAROIS PARALLELES, OSCILLANT EN TRANSLATION

L'étude de schémas numériques à haute précision appliques a la simulation d'un écoulement transsonique instationnaire, voir turbulent, est l'objet principal de ce travail. La méthode développée est bâtie sur les équations de Navier-Stokes moyennées, écrites sous forme conservative. Elles sont intégrées en espace dans le cadre d'une formulation volume fini en maillage curviligne structure, mobile et déformable. L'intégration en temps est explicite. Les flux convectifs sont évalués par une approche muscl, couplée a un schéma mixte, résultant de l'hybridation en fonction du nombre de mach d'un schéma centre et d'une technique de séparation de flux proposée par van Leer. Les termes diffusifs sont quant a eux traites par un schéma centre, la turbulence étant prise en compte a travers l'hypothèse de Boussinesq et le modèle algébrique de Michel. Enfin, les conditions aux limites géométriques sont gérées via l'extension du domaine de calcul par la création de nœuds supplémentaires, alors qu'un traitement des conditions physiques a partir des équations de compatibilité est mis en place. Quelques configurations caractéristiques ont par ailleurs été simulées et analysées. Une description de grande qualité de discontinuités instationnaires et de leurs interactions a été obtenue. D'autre part, ont été simules des écoulements multi-dimensionnels confines stationnaires, transsoniques, pour un fluide parfait ou turbulent, pour différents nombres de mach. Il en ressort une bonne capture des discontinuités, et une gestion correcte des effets visqueux, en particulier des interactions choc/couche limite, ce qui établit la qualité du schéma mixte. Une meilleure compréhension du comportement des méthodes numériques, entre autres de la technique de séparation des flux utilisée, en est un autre apport

Représenter avec précision la diversité des phénomènes physiques présents dans un écoulement constitue l'une des principales difficultés auxquelles est confrontée aujourd'hui la simulation numérique. L'approche multizone consiste à découper le domaine de calcul en différentes zones. Le modèle mathématique le plus judicieux (équations d'Euler, de couche limite ou de Navier-Stokes) est associé à chaque zone en tenant compte de la complexité des phénomènes physiques mis en jeu (transition, décollement, onde de choc, sillage). L'approche est développée puis validée sur des écoulements bidimensionnels subsonique et transsonique autour de profil d'aile. La simulation de l'écoulement autour d'un ellipsoïde en incidence permet d'illustrer l'extension de l'approche aux configurations tridimensionnelles. Des modèles de turbulence à deux équations de transport sont considérés afin de traiter avec une plus grande précision les écoulements décollés. Un nouveau modèle à deux équations de transport est développé en vue de pallier les déficiences des modèles classiques k-epsilon et k-omega.

L'ensemble des travaux de thèse se place dans le cadre du projet de recherche ANR (Agence Nationale de la Recherche) CapCAO (Conception Assistée par Paramétrisation pour une Conception Aéroélastique Optimisée). L'objectif principal est de procéder à la simulation numérique un écoulement transsonique perturbé par mécanisme de forçage extérieur tout en réduisant le temps de calcul par rapport aux approches conventionnelles. Les deux axes retenus pour répondre à cette problématique reposent sur la formulation du problème instationnaire. Les équations de Navier-Stokes linéarisées en temps se basent sur le calcul explicite des matrices jacobiennes des flux. Elle sont alors résolues sans l'utilisation d'un pseudo-temps ce qui permet d'améliorer la robustesse et la stabilité du calcul. La seconde approche retenue s'appuie sur le caractère périodique de l'écoulement en utilisant une décomposition en série de Fourier de la réponse du fluide à l'excitation mécanique imposée. La méthode d'équilibrage harmonique est étendue aux cas des maillages mobiles. Les capacités de prédiction des deux méthodes sont analysées et discutées au moyen de différentes comparaisons avec un solveur instationnaire non linéaire et des résultats expérimentaux obtenus sur la tuyère VM100 du KTH (Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden). Deux types d'excitation sont utilisées, une perturbation de contre-pression à l'aide d'une came elliptique en sortie et une bosse vibrante présente sur la paroi basse de la tuyère. Le temps de calcul est divisé par deux ou trois ordres de grandeur avec la méthode linéarisée et par un ordre de grandeur dans le cas de la méthode d'équilibrage harmonique.