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.

ON UTILISE DEUX MODELES DE TURBULENCE : UN MODELE DE LONGUEUR DE MELANGE ET UN MODELE A DEUX EQUATIONS DE TRANSPORT. LES RESULTATS NUMERIQUES SONT COMPARES A DES MESURES OBTENUES ANTERIEUREMENT PAR ANEMOMETRIE LASER. ETUDE APPROFONDIE DE L'EVOLUTION DES GRANDEURS TURBULENTES LE LONG DES LIGNES DE COURANT MOYENNES, A PARTIR DES DONNEES EXPERIMENTALES

UNE ANALYSE DETAILLEE D'UNE INTRACTION ONDE DE CHOC/COUCHE LIMITE TURBULENTE SOUMISE A UN CONTROLE PASSIF A ETE EFFECTUEE DANS UN CANAL TRANSSONIQUE, AVEC LA PRISE EN COMPTE DES PARAMETRES SUIVANTS: POSITION DU CHOC PAR RAPPORT A LA CAVITE, POROSITE ET DIAMETRE DES TROUS DE LA GRILLE PERFOREE, PROFONDEUR DE LA CAVITE. L'ECOULEMENT EST QUALIFIE AU MOYEN DE VISUALISATIONS STRIOSCOPIQUES, DE MESURES DE PRESSION SUR LES PAROIS DE LA VEINE ET DE SONDAGES AU VELOCIMETRE LASER BIDIRECTIONNEL. UN BILAN DE QUANTITE DE MOUVEMENT REALISE DANS LA REGION DU CONTROLE A PERMIS DE DEGAGER DES CONFIGURATIONS POUR LESQUELLES LA TRAINEE DE FROTTEMENT EST REDUITE PAR RAPPORT AU CAS DE REFERENCE SANS CONTROLE. L'ETUDE THEORIQUE EST BASEE SUR UNE APPROCHE DU TYPE COUCHE LIMITE FAISANT APPEL AUX EQUATIONS DE PRANDTL AU PREMIER ORDRE. LE CHAMP TURBULENT EST DEFINI A L'AIDE DE MODELES A L'EQUILIBRE OU A EFFET D'HISTOIRE. LES MODIFICATIONS DUES AU CONTROLE PASSIF INTERVIENNENT A LA FOIS SUR LE CHAMP MOYEN, VIA L'EXISTENCE D'UNE VITESSE DE TRANSPIRATION POUR LAQUELLE DES LOIS EMPIRIQUES SONT PROPOSEES DONNANT UNE CONDITION A LA LIMITE NON NULLE A LA PAROI ET SUR LE CHAMP TURBULENT, L'EFFET ETANT PRIS EN COMPTE PAR L'INTRODUCTION D'UNE FONCTION D'AMORTISSEMENT DE VAN DRIEST CORRIGEE. UNE CONFRONTATION AVEC CERTAINS RESULTATS EXPERIMENTAUX PERMET DE DONNER DES TENDANCES SUR LA VALIDITE DES MODELES DE TURBULENCE ET DES MODIFICATIONS APPORTEES AFIN DE TENIR COMPTE DU CONTROLE

Ce travail met en lumière l'ensemble des mécanismes physiques fondamentaux caractéristiques du phénomène d'interaction entre une turbulence homogène isotrope libre et une onde de choc droite. Un outil numérique permettant la simulation directe de cette configuration d'écoulement est d'abord développé. Différents calculs sont ensuite conduits, donnant lieu à une compréhension précise et détaillée des évolutions observées pour les principales grandeurs statistiques de l'écoulement turbulent au cours de l'interaction avec le choc. L'influence de la nature de la turbulence incidente sur son comportement à travers la discontinuité est également mise en évidence. Nous utilisons pour cela la décomposition modale de Kovasznay qui permet de dégager les effets de la compressibilité sur le processus d'interaction. Une approche théorique est par ailleurs réalisée en s'appuyant sur une analyse linéaire non visqueuse du phénomène. Des comparaisons avec les résultats de simulation numérique directe sont effectuées et d'avèrent très convaincantes sur le plan qualitatif. La majorité des mécanismes fondamentaux inhérents au phénomène d'interaction choc / turbulence sont mis en évidence avec cette approche théorique qui se révèle ainsi très performante pour la configuration étudiée. Au bilan, on dispose d'une base de données susceptible d'être confrontée aux modèles classiques de turbulence compressible. Ce travail constitue également un point de départ indispensable à l'étude de configurations plus complexes telles que l'interaction choc / couche limite turbulente.

ETUDE THEORIQUE DE L'INTERACTION D'UNE ONDE DE CHOC AVEC UNE COUCHE LIMITE LAMINAIRE OU TURBULENTE QUI SE DEVELOPPE LE LONG D'UNE RAMPE EN REGIME SUPERSONIQUE OU HYPERSONIQUE. L'ECOULEMENT EST DIVISE EN DEUX REGIONS CONVENABLEMENT RACCORDEES: L'UNE REGIE PAR LES EQUATIONS DE COUCHE LIMITE DU SECOND ORDRE ET L'AUTRE PAR LES EQUATIONS D'EULER. APPROXIMATION ASYMPTOTIQUE. OPTIMISATION DE DIFFERENTES METHODES DE CALCUL

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.