L'OBJET DE CETTE THESE EST DE CONCEVOIR UNE METHODE NUMERIQUE CAPABLE DE SIMULER DES JETS LIQUIDES A HAUTE VITESSE AINSI QUE LEUR IMPACT SUR UN MATERIAU A USINER. NOUS PROPOSONS D'UTILISER UNE APPROCHE QUASI-CONSERVATIVE AINSI QU'UN SCHEMA ROBUSTE (LE SCHEMA HLL) AFIN D'OBTENIR UN CODE S'AFFRANCHISSANT DES OSCILLATIONS NUMERIQUES QUI PEUVENT APPARAITRE AUX INTERFACES. LE MEME TYPE DE PROBLEME PEUT SE PRODUIRE LE LONG DES LIGNES DE GLISSEMENT OU NOUS DEVELOPPONS DES CORRECTIONS APPROPRIEES. LA METHODE NUMERIQUE AINSI CONSTRUITE PERMET DES CALCULS D'IMPACTS DE GOUTTELETTES ET DE JETS. ELLE EST COMPLETEMENT EULERIENNE ET CAPTURE AUTOMATIQUEMENT LES INTERFACES, SI BIEN QU'ELLE S'INTEGRE AISEMENT DANS UN ENVIRONNEMENT DE MAILLAGE ADAPTATIF CARTESIEN. CETTE THESE COMPORTE TROIS PARTIES, LA PREMIERE EXPOSE LA MODELISATION ET LES METHODES NUMERIQUES QUI PERMETTENT NOS SIMULATIONS. LA DEUXIEME PRESENTE DES RESULTATS DE CALCULS NUMERIQUES POUR DES IMPACTS DE GOUTTELETTES ET DE JETS. LA TROISIEME PARTIE DECRIT L'IMPLANTATION DE NOTRE SOLVEUR DANS UN ENVIRONNEMENT DE MAILLAGE ADAPTATIF CARTESIEN.

Les équations de Navier-Stokes tridimensionnelles appliquées à des géométries cartésiennes et cylindriques, sont résolues numériquement à l'aide d'un code de calcul en volumes finis basé sur un schéma intérieur de macCormack du second ordre en temps et du quatrième ordre en espace. Des conditions aux limites non-réfléchissantes du type Thompson ou Giles sont appliquées aux frontières libres des domaines de calcul. la modélisation des échelles sous-mailles est effectuée à l'aide d'un modèle à fonction de structure. Le code de calcul ainsi défini est testé dans un premier temps sur divers types d'écoulements, comme des cas de décroissance de turbulence homogène isotrope, des zones de mélange spatiale (2D) et temporelles (3D), des jets ronds temporels (3D). Des comparaisons sont faites avec d'autres simulations, des études théoriques et des données expériementales. Une méthode intégralle de Kirchhoff, basée sur une simple intégrale sur une surface englobant les sources sonores du milieu fluide (lesquelles sont déterminées par une simulation directe ou des grandes échelles en champ proche) a été ensuite implémentée pour estimer le champ lointain de pression acoustqiue. La méthode est appliquée au calcul de bruits de jets, et les résultats sont comparés à des études expérimentales et à d'autres simulations.

Cette thèse porte sur le développement de méthodes numériques pour le calcul d’écoulements incompressibles multi-fluides sur grille de calcul, s’inscrivant ainsi dans le cadre du projet MecaGrid.Une étude de la grille MecaGrid met en évidence son caractère hétérogène et ses conséquences. Plusieurs techniques d’optimisation sont présentées afin d’améliorer son utilisation : répartir la masse de calcul de façon adaptée, et privilégier le travail des processeurs vis-à-vis des communications réseaux pénalisantes.Des méthodes numériques sur maillage non structuré composé de tétraèdres sont choisies pour réaliser la simulation directe d’écoulements multi-fluides avec capture d’interface. Nous adoptons une approche unique qui rappelle celle du Multiscale, dans laquelle la condensation d’une fonction Bulle pyramidale est utilisée comme technique universelle de stabilisation.Les équations de Navier-Stokes incompressible sont résolues par une méthode éléments finis mixtes à interpolation P1+/P1. Un schéma temporel d’Euler implicite est appliqué, en association avec un algorithme de Newton pour linéariser le problème.Les interfaces sont capturées par une technique Level Set à interpolation continue P1 qui consiste à résoudre une équation de transport stabilisée par la condensation d’une Bulle (Residual-Free Bubbles). Le couplage avec une équation d’Hamilton-Jacobi permet de réinitialiser la fonction Level Set au court de son transport. La comparaison avec une méthode Galerkin discontinue proche du Volume of Fluid montre que le Level Set se distingue par sa simplicité et l’absence de diffusion numérique.Enfin, les simulations numériques sont validées par plusieurs cas test reconnus.

Ce travail porte sur la modélisation numérique d'écoulement faisant intervenir plusieurs fluides faiblement ou fortement compressibles. Les applications concernent les écoulements à poches pour lesquels les fluides sont séparés d'interfaces et les écoulements dispersés pour lesquels les interfaces, trop nombreuses, ne peuvent être décrites. L'objectif est de développer des méthodes numériques traitant indifféremment ces deux classes d'écoulement. Dans ce contexte, nous considérons des modèles d'interfaces diffuses. L'interface n'est pas déterminée de manière explicite, elle est modélisée à l'aide d'une zone de mélange artificielle permettant de respecter les échanges qui y ont lieu. En particulier, les effets capillaires seront reformulés à l'aide d'une force volumique suivant la méthode CSF. Une difficulté majeure dans ce travail est liée à la nécessité de résoudre des systèmes hyperboliques non conservatifs. Leurs résolution sera approchée et basée sur des solveurs hyperconsistants. Nous exposerons également une technique originale de préconditionnement pour les régimes faible Mach et une formulation implicite des méthodes. Des expériences numériques avec des physiques variées seront proposées : des remontées de bulle, des interactions choc bulle et la chute d'une goutte d'eau.

L'ETUDE PORTE SUR L'ELABORATION D'UNE STRATEGIE NUMERIQUE EFFICACE PERMETTANT LA MODELISATION DES ECOULEMENTS NON DECOLLES DE FLUIDE COMPRESSIBLE VISQUEUX AUTOUR DE CONFIGURATIONS COMPLEXES (PROFILS D'AILE EN 2D, AILES OU AVIONS COMPLETS EN 3D). LA STRATEGIE S'APPUIE SUR UNE APPROCHE COMBINANT A LA FOIS UN SOLVEUR FLUIDE PARFAIT (POTENTIEL AVEC CORRECTION ENTROPIQUE OU EULER CONSERVATIVE) ET UN SOLVEUR COUCHE LIMITE CARACTERISANT LES EFFETS VISQUEUX PROCHES DE LA PAROI. LE RESULTAT DU CALCUL DE COUCHE LIMITE ENGENDRE L'EVALUATION D'UNE VITESSE NORMALE DITE DE SOUFFLAGE QUI SERT ENSUITE DE CONDITION A LA LIMITE DE PAROI DANS LE CALCUL FLUIDE PARFAIT. EN ITERANT AINSI LES CALCULS, ON OBTIENT UN SOLVEUR BIVALENT PEU COUTEUX, SE SUBSTITUANT A UN SOLVEUR NAVIER-STOKES, POUR DES ECOULEMENTS BIDIMENSIONNELS NON DECOLLES, ET PERMETTANT DE REALISER DES CALCULS D'ECOULEMENTS AUTOUR D'AVIONS COMPLETS. LA METHODOLOGIE AINSI DEVELOPPEE, MET EN EVIDENCE LA ROBUSTESSE DES DEUX SOLVEURS FLUIDE PARFAIT A LA PRISE EN COMPTE DE CONDITIONS AUX LIMITES DE PAROI NON HOMOGENES. LES NOMBREUSES EXPERIENCES NUMERIQUES EFFECTUEES, TANT ENE BIDIMENSIONNEL QU'EN TRIDIMENSIONNEL, FOURNISSENT DES RESULTATS D'UNE PRECISION SATISFAISANTE ET VALIDENT AINSI LA METHODE

L'objet de cette thèse est de modéliser et de simuler des écoulements turbulents diphasiques incompressibles à phases non miscibles. La modélisation et la simulation de ce type d'écoulements sont traitées dans le cadre des méthodes de Simulation des Grandes Echelles (SGE) ou Large Eddy Simulation (LES) en anglais qui consistent à calculer directement les plus grandes structures de l'écoulement et à modéliser les plus petites. Ces méthodes adaptées aux écoulements turbulents monophasiques sont étendues au cadre des écoulements turbulents diphasiques. Pour cela, elles sont couplées avec une méthode eulérienne de type ' Volume Of Fluid' (VOF) spécifique au caractère diphasique de l'écoulement. La pertinence du couplage entre les modélisations SGE et VOF est testée sur la configuration industrielle proposée par le CEA-CESTA: l'impact d'un jet rond turbulent sur une surface libre eau/air dans une cavité. Des mesures expérimentales de vitesse (Particle Image Velocimetry PIV) réalisées au CEA-CESTA sont disponibles pour valider les résultats numériques issus des simulations.