CE TRAVAIL EST CONSACRE A L'ANALYSE NUMERIQUE DE FLUIDES VISCOELASTIQUES OBEISSANT A DES LOIS DIFFERENTIELLES DE TYPE OLDROYD ET DE FLUIDES QUASI-NEWTONIENS OBEISSANT SOIT AU MODELE DE BINGHAM MODIFIE, SOIT AU MODELE DE CARREAU. DANS LE CHAPITRE 1, ON ETUDIE L'APPROXIMATION ABSTRAITE DE LA FORMULATION A TROIS CHAMPS (TENSEUR, VITESSE, PRESSION) DU PROBLEME DE STOKES SUGGEREE PAR LE MODELE D'OLDROYD. DANS LE CHAPITRE 2, EN REPRENANT LES IDEES DU CHAPITRE 1, ON PROPOSE UNE FORMULATION A TROIS CHAMPS DU PROBLEME DE STOKES ET DES EQUATIONS DE L'ELASTICITE LINEAIRE, PERMETTANT DES APPROXIMATIONS PAR ELEMENTS FINIS CONFORMES ET NE NECESSITANT QUE LA CLASSIQUE CONDITION INF-SUP EN VITESSE PRESSION A L'EXCLUSION DE TOUTE CONDITION SUR LE TENSEUR NON NEWTONIEN DES EXTRACONTRAINTES. SUR LES EQUATIONS DE L'ELASTICITE LINEAIRE LA METHODE EST UNIFORME PAR RAPPORT A LA COMPRESSIBILITE. AU CHAPITRE 3, ON ETUDIE UNE APPROXIMATION PAR ELEMENTS FINIS D'ECOULEMENTS DE FLUIDES VISCOELASTIQUES REGIS PAR UNE LOI DE COMPORTEMENT DE TYPE OLDROYD B. LES APPROXIMATIONS DES CONTRAINTES, DES VITESSES ET DES PRESSIONS SONT RESPECTIVEMENT P#1 DISCONTINUES, P#2 CONTINUES, P#1 CONTINUES. LA CONVECTION DES CONTRAINTES EST TRAITEE PAR LA METHODE DE LESAINT-RAVIART. ON FAIT L'HYPOTHESE QUE LE PROBLEME D'OLDROYD ADMET UNE SOLUTION SUFFISAMMENT REGULIERE ET SUFFISAMMENT PETITE. ON MONTRE PAR UNE METHODE DE POINT FIXE QUE LE PROBLEME APPROCHE A UNE SOLUTION ET ON DONNE UNE MAJORATION D'ERREUR. LE CHAPITRE 4 COMPORTE UNE ETUDE SIMILAIRE A CELLE DU CHAPITRE 3, MAIS CETTE FOIS-CI AVEC UN CHOIX D'APPROXIMATION DES CONTRAINTES PAR DES ELEMENTS P#1 CONTINUS (METHODE SUPG). ON OBTIENT, OUTRE LES RESULTATS DU CHAPITRE 3, UN RESULTAT D'UNICITE LOCAL POUR LA SOLUTION APPROCHEE. ENFIN, AU CHAPITRE 5, ON ETUDIE L'APPROXIMATION PAR ELEMENTS FINIS D'ECOULEMENTS QUASI-NEWTONIENS. LA METHODE EMPLOYEE N'UTILISE PAS DE FONCTIONNELLE ENERGIE ET PERMET D'AMELIORER LES MAJORATIONS D'ERREURS CONNUES ANTERIEUREMENT

RAPPEL DE LA DEFINITION DES ECOULEMENTS VISCOMETRIQUES DE NOLL; GENERALISATION AU CAS DES ECOULEMENTS DONT LE 3EME INVARIANT DU TENSEUR VITESSE DE DEFORMATION EST NUL (B::(3)=0). LOIS DE COMPORTEMENT DES FLUIDES SIMPLES. MISE EN EQUATION POUR UN ECOULEMENT MERIDIEN EN GENERAL, RELATIONS PARTICULIERES POUR L'ECOULEMENT DE POISEUILLE. APPLICATION AU CALCUL DE CONTRAINTES POUR LE MODELE COROTATIONNEL DE LE ROY-PIERRARD. ETUDE EXPERIMENTALE: CALCUL DE LA FONCTION CINEMATIQUE PHI (B::(2),O) A PARTIR DES DONNEES EXPERIMENTALES DE VITESSE ET DE PERTE DE CHARGE DE L'ECOULEMENT DE POISEUILLE. ETUDE CINEMATIQUE DU GONFLEMENT DE POLYMERES VISCOELASTIQUES ET D'HUILE A LA SORTIE D'UN ECOULEMENT DE POISEUILLE. ETUDE DE L'ECOULEMENT DANS UN CONVERGENT DE REVOLUTION COMPRIS ENTRE DEUX ECOULEMENTS DE POISEUILLE. CALCUL DES INVARIANTS B::(2) ET B::(3)

L'OBJECTIF DE CES TRAVAUX EST L'ETUDE DES ECOULEMENTS NON ISOTHERMES DE FLUIDES VISCOELASTIQUES INCOMPRESSIBLES. POUR CELA NOUS NOUS SOMMES INTERESSES A L'INFLUENCE DE LA DEPENDANCE DE LA VISCOSITE ET DU TEMPS DE RELAXATION EN LA TEMPERATURE. NOUS CONSIDERONS DES FLUIDES OBEISSANT A UNE LOI DE COMPORTEMENT DIFFERENTIELLE DU TYPE JEFFREYS OU MAXWELL. DANS UNE PREMIERE PARTIE, NOUS MONTRONS L'EXISTENCE D'UNE UNIQUE SOLUTION LOCALE POUR DES ECOULEMENTS NON ISOTHERMES DE FLUIDES VISCOELASTIQUES DANS UN DOMAINE BORNE DE IR#3 EN UTILISANT UNE METHODE DE POINT FIXE. DANS UNE DEUXIEME PARTIE, NOUS PROUVONS L'EXISTENCE ET L'UNICITE DE LA SOLUTION STATIONNAIRE POUR DES ECOULEMENTS DE FLUIDES VISCOELASTIQUES A PETITES FORCES EXTERIEURES. DANS UNE TROISIEME PARTIE, NOUS ETUDIONS L'ECOULEMENT DE COUETTE ENTRE DEUX PLAQUES PARALLELES MAINTENUES A LA MEME TEMPERATURE. NOUS MONTRONS L'EXISTENCE DES SOLUTIONS STATIONNAIRES. L'UNICITE DE LA SOLUTION EST PROUVEE DANS LE CAS OU LES DEPENDANCES EN LA TEMPERATURE DE LA VISCOSITE ET DU TEMPS DE RELAXATION SONT IDENTIQUES. ENFIN, ET DANS LE BUT D'ETUDIER LA SOLUTION GLOBALE DE CE PROBLEME, NOUS REALISONS UNE ETUDE NUMERIQUE DE L'ECOULEMENT DE COUETTE. EN UTILISANT UN SCHEMA DE DIFFERENCES FINIES EN ESPACE ET EN TEMPS, NOUS PRESENTONS QUELQUES EXEMPLES NUMERIQUES POUR LESQUELS LA SOLUTION DU PROBLEME CONSIDERE EST GLOBALE ET UNIQUE.

Cette thèse est consacrée à la modélisation, à l’analyse mathématique et à la simulation numérique d’écoulements de divers fluides complexes dans des domaines de faible épaisseur. En effet, les modèles de fluides newtoniens ne sont pas toujours suffisants pour d ́ecrire de manière réaliste les écoulements considérés. Plusieurs phénomènes peuvent être pris en compte : 1. le caractère complexe des fluides eux-mêmes, comme pour des fluides non-newtoniens ; 2. l’hêtérogénéité de l’écoulement, dans le cas de mélanges de fluides par exemple. Il est important d’analyser comment ces modèles peuvent être simplifiés dans le cas de domaines minces, et d’étudier rigoureusement les modèles approchés. Dans une première partie, des écoulements de fluides non newtoniens visco-élastiques représentés par une loi de comportement de type Oldroyd-B couplée aux équations de Navier-Stokes sont étudiés. Dans le cas de géométries minces, un modèle approché a été proposé. On justifie la validité de cette approximation ; la démonstration repose sur des estimations et des résultats de régularité fins. Dans une deuxième partie, on considére un modèle d’écoulement piezovisqueux utilisé en lubrification hydrodynamique. Ce modèle fait aussi intervenir la déformation élastohydrodynamique du domaine (déformation du type Hertz), et l’aspect diphasique de la cavitation, qui est d ́écrit par le modèle d’Elrod-Adams (en pression-saturation). On montre l’existence d’une solution à ce problème pour des lois pression-viscosité réalistes. Dans une troisième partie, on introduit un modèle diphasique à interface diffuse, permettant de rendre compte de phénomènes plus fins tels que les gouttes. Pour cela, un paramètre d’ordre est introduit (fraction volumique d’une phase dans le mélange), gouverné par le modèle de Cahn-Hilliard. Un système approché est obtenu de manière heuristique pour un domaine de faible épaisseur. On étudie les propriétés mathématiques de ce système, et on montre un résultat d’existence, avec prise en compte ou non de la tension de surface. vii Dans la dernière partie, un schéma numérique est mis en place pour simuler le modèle d ́ecrit précedemment d’écoulements diphasiques en domaines minces. Il permet de prendre en compte différents phénomènes physiques, comme de grandes variations de la viscosité ou la présence de recirculations à l’intérieur d’une goutte, ainsi que de simuler des mélanges dans le cadre d’écoulements lubrifiés.

Nous présentons une méthode numérique pour analyser les écoulements permanents de fluides viscoélastiques. La méthode des différences finies a été introduite sur des grilles décalées à maille non uniforme en utilisant un schéma décentré pour discrétiser l'équation constitutive ou le tenseur des extra-contraintes peut être décomposé en une partie newtonienne et une partie non newtonienne. Nous avons utilisé l'algorithme multigrille FAS (Full Approximation Storage). La performance de notre méthode est testée sur le problème du stick-slip et le problème de la contraction 4:1 en géometrie plane. Pour les simulations numériques nous avons choisi les fluides obéissant au modèle d'Oldroyd et a celui de Phan Thien-Tanner. Les résultats obtenus montrent que le modèle d'Oldroyd n'est pas satisfaisant.