LE BRUIT GENERE PAR LA TURBULENCE SOULEVE DE NOMBREUSES QUESTIONS FONDAMENTALES ET PRATIQUES. L'ESTIMATION DU BRUIT GENERE PAR LES EFFETS SOUS-MAILLE LORS D'UNE SGE A ETE REALISEE. LA DERIVATION DE L'ANALOGIE DE LIGHTHILL A PARTIR DES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES EST PRESENTEE POUR LA SND ET LA SGE. LE TENSEUR DE LIGHTHILL PEUT ALORS ETRE DECOMPOSE EN TROIS PARTIES : UNE PARTIE HAUTE FREQUENCE QUI N'EST PAS RESOLUE PAR LA SGE, UN TENSEUR DE LIGHTHILL RESOLU S'EXPRIMANT A PARTIR DES VARIABLES PRIMITIVES FILTREES ET LE TENSEUR SOUS-MAILLE. DES SND ET SGE DE TURBULENCE HOMGENE ISOTROPE ONT ETE REALISEES AFIN D'EVALUER LA CONTRIBUTION DE CHAQUE TERME A LA PRODUCTION DE BRUIT. ON CONFIRME QUE LA CONTRIBUTION HAUTE FREQUENCE N'EST PAS SIGNIFICATIVE POUR DES NOMBRES D'ONDE DE COUPURE TYPIQUEMENT UTILISES EN SGE. LA CONTRIBUTION SOUS-MAILLE EST SIGNIFICATIVE ET NECESSITE L'UTILISATION D'UN MODELE SOUS-MAILLE POUR RETROUVER DES RESULTATS FIABLES CONCERNANT LE CHAMP ACOUSTIQUE. LES CONTRIBUTIONS SOUS-MAILLE SONT RETROUVEES LORS DE L'UTILISATION DE MODELES DE TYPE SIMILARITE D'ECHELLES. L'EXTENSION DE L'ETUDE A PORTE SUR UNE SIMULATION DE JET SUPERSONIQUE RECTANGULAIRE REPRESENTANT UN CAS PLUS REALISTE. ON MONTRE QUE LES RESULTATS AERODYNAMIQUES ET ACOUSTIQUES DEPENDENT FORTEMENT DE LA CONDITION DE FORCAGE ET DE L'INFLUENCE DU SCHEMA NUMERIQUE ET/OU MODELE SOUS-MAILLE. COMME LE CHAMP ACOUSTIQUE EST PRINCIPALEMENT LIE AUX PLUS GROSSES STRUCTURES, LA MODELISATION DES EFFETS SOUS-MAILLE DANS L'EQUATION DE LIGHTHILL N'APPORTE PAS D'AMELIORATION SIGNIFICATIVES. LA COMPARAISON ENTRE LES RESULTATS OBTENUS PAR L'ANALOGIE DE LIGHTHILL ET LA METHODE DE KIRCHHOFF MONTRE QUE L'UTILISATION DE CETTE DERNIERE N'EST PAS DIRECTE POUR LES ECOULEMENTS SUPERSONIQUES.

Numerical simulation is a technique of major importance in various technical and scientific fields. Whilst engineering curricula now include training courses dedicated to it, numerical simulation is still not well-known in some economic sectors, and even less so among the general public. Simulation involves the mathematical modeling of the real world, coupled with the computing power offered by modern technology. Designed to perform virtual experiments, digital simulation can be considered as an "art of prediction". Embellished with a rich iconography and based on the testimony of researchers and engineers, this book shines a light on this little-known art. It is the second of two volumes and gives examples of the uses of numerical simulation in various scientific and technical fields: agriculture, industry, Earth and universe sciences, meteorology and climate studies, energy, biomechanics and human and social sciences.

Numerical simulation is a technique of major importance in various technical and scientific fields. Used to understand diverse physical phenomena or to design everyday objects, it plays a major role in innovation in the industrial sector. Whilst engineering curricula now include training courses dedicated to it, numerical simulation is still not well-known in some economic sectors, and even less so among the general public. Simulation involves the mathematical modeling of the real world, coupled with the computing power offered by modern technology. Designed to perform virtual experiments, digital simulation can be considered as an "art of prediction". Embellished with a rich iconography and based on the testimony of researchers and engineers, this book shines a light on this little-known art. It is the first of two volumes and focuses on the principles, methods and industrial practice of numerical modeling.

L'analogie aéroacoustique, élaborée par Lighthill en 1952, a permis de relier pour la première fois les fluctuations de la pression acoustique rayonnée par la turbulence aux fluctuations des vitesses aérodynamiques instantanées. Récemment, l'essor des moyens de calcul et des codes de simulation en mécanique des fluides a permis de connaître le champ tridimensionnel des vitesses instantanées de certains écoulements turbulents simples. Dans la présente thèse nous nous proposons donc d'étudier le bruit rayonné par la turbulence homogène et isotrope en combinant la théorie de Lighthill avec ces codes de simulation de la turbulence. Nous faisons appelà deux grandes familles de codes numériques: des codes de simulation directe (DNS) et des codes de simulation de grandes échelles (LES). Notre objectif est de montrer la faisabilité de la méthode employée, d'évaluer les principales caractéristiques du bruit émis, ainsi que d'étudier plus en detail la nature de ce bruit. La première partie du travail est consacrée à l'analyse de la compatibilité entre la théorie de Lighthill et les codes de simulations. A l'aide d'un développement théorique et d'expériences numériques, nous montrons que parmi les différentes variantes de l'analogie de Lighthill uniquement certaines peuvent être appliquées au problème numérique considere. Dans un second temps, a l'aide d'une formulation adaptee, nous calculons les principales caracteristiques du bruit emis par une turbulence homogene et isotrope en decroissance. Nous montrons que les resultats obtenus avec les deux types de codes concordent, et qu'ils sont relativement proches des previsions theoriques (modeles de proudman et de lilley). Dans un dernier temps, nous nous consacrons a l'etude de l'emission sonore d'une turbulence isotrope rendue stationnaire par forcage. L'analyse du spectre du son emis, ainsi qu'un filtrage approprie du champ des vitesses nous permettent de determiner les contributions relatives des differentes structures turbulentes a l'emission sonore.

Cette thèse est consacrée au calcul et à l’étude du champ acoustique rayonné par un jet fortement supersonique, sur-détendu et chauffé. L’approche numérique utilisée consiste à résoudre simultanément l’écoulement turbulent et le champ proche acoustique par simulation des grandes échelles.Afin de résoudre les équations de Navier-Stokes instationnaires et compressibles, des schémas numériques de dérivation spatiale et d’intégration temporelle peu dissipatifs et peu dispersifs sont utilisés. Pour le système de coordonnées cylindriques, une procédure de déraffinement progressive au voisinage de l’axe du jet est proposée pour augmenter le pas de temps de l’intégration temporelle. Une procédure de capture de choc est finalement développée pour supprimer les oscillations de Gibbs aux voisinages des chocs. Cette procédure est explicite, adaptative et conservative.Un jet rond, sur-détendu et présentant un nombre de Mach d’éjection de 3.30 ainsi qu’une pression et une température de réservoir de 28.6 × 105Pa et 1144K est résolu par simulation des grandes échelles. Ce jet est initialement laminaire et possède un nombre de Reynolds de 0.94 × 105. Les champs aérodynamique et acoustique obtenus sont comparés aux données disponibles dans la littérature. Afin de pouvoir identifier les sources acoustiques,le champ turbulent est caractérisé le long de la couche de mélange, notamment en utilisant une analyse spectrale et une décomposition selon les modes azimutaux. Les champs acoustiques proche et lointain sont enfin étudiés et différentes composantes de bruit sont identifiées à partir de comparaisons avec des mesures et des modèles de la littérature, ainsi qu’en établissant des liens avec les propriétés de l’écoulement turbulent. L’influence des effets de la propagation non linéaire des ondes acoustiques est finalement discutée.

DANS CETTE ETUDE, L'ECOULEMENT DE LA COUCHE DE MELANGE TURBULENTE ET COMPRESSIBLE EST SIMULE NUMERIQUEMENT. LA METHODE DE LA SIMULATION DES GRANDES ECHELLES EST CHOISIE DE FACON A UTILISER UN NOMBRE DE REYNOLDS PROCHE DES VALEURS EXPERIMENTALES. L'ORIGINALITE DE L'ETUDE RESIDE DANS LE FAIT QUE C'EST LE DEVELOPPEMENT SPATIAL ET NON TEMPOREL QUI EST ETUDIE, CE QUI PERMET DE COMPARER QUANTITATIVEMENT LES RESULTATS OBTENUS AVEC LES DONNEES EXPERIMENTALES DISPONIBLES DANS LA LITTERATURE. A L'ENTREE DU DOMAINE DE CALCUL ON UTILISE UN PROFIL MOYEN DE COUCHE LIMITE, AUQUEL ON SUPERPOSE UN BRUIT BLANC. DANS UN PREMIER TEMPS, DES SIMULATIONS TRIDIMENSIONNELLES A UN NOMBRE DE MACH CONVECTIF DE 0,64 SONT EFFECTUEES AVEC TROIS AMPLITUDES DE BRUITS BLANCS DIFFERENTES, ET AVEC DEUX SCHEMAS NUMERIQUES DIFFERENTS. L'EVOLUTION LONGITUDINALE DE L'EPAISSEUR DE VORTICITE DE LA COUCHE EST INFLUENCEE A LA FOIS PAR L'AMPLITUDE DU BRUIT BLANC ET PAR LE SCHEMA NUMERIQUE. LES RESULTATS QUI DONNENT LE MEILLEUR ACCORD AVEC L'EXPERIENCE SONT DONNES PAR L'AMPLITUDE LA PLUS ELEVEE SUR LA COMPOSANTE LONGITUDINALE DE LA VITESSE ET PAR LE SCHEMA WENO. DANS CE CAS ON OBTIENT UN COMPORTEMENT AUTO-SIMILAIRE POUR LES INTENSITES TURBULENTES, ET LES COEFFICIENTS DE DISSYMETRIE SONT BIEN PREDITS. CEPENDANT L'INTENSITE TURBULENTE LONGITUDINALE EST SURPREDITE AU CENTRE DE LA COUCHE. DANS UN DEUXIEME TEMPS, UNE SIMULATION A UN NOMBRE DE MACH CONVECTIF DE 1,0 EST EFFECTUEE, AFIN D'ETUDIER LES EFFETS DE LA COMPRESSIBILITE. ON OBSERVE UNE REDUCTION DU TAUX DE CROISSANCE ET DES INTENSITES TURBULENTES, CE QUI EST EN ACCORD AVEC LES EXPERIENCES. LES EFFETS DE LA COMPRESSIBILITE SUR LE BILAN DE L'ENERGIE CINETIQUE TURBULENTE SONT AUSSI ETUDIES.