Nous présentons dans ce document un code qui met en œuvre la méthode des éléments finis (MEF) pour la résolution approchée des équations aux dérivées partielles (EDP) en dimension 2 (2-D). Le mode d'utilisation de ce code est illustré par des exemples issus de divers types de problèmes d'EDP. Ce code permet notamment la mise en œuvre de méthodes d'EF pour l'approximation d'écoulements de fluides viscoélastiques.

ON ETUDIE DANS CE TRAVAIL LA METHODE DES CARACTERISTIQUES: SES LIENS AVEC LA METHODE DE GALERKIN DISCONTINUE, SON UTILISATION POUR L'APPROXIMATION DES ECOULEMENTS DE FLUIDES VISCOELASTIQUES (PARTICULIEREMENT LES MODELES DIFFERENTIELS, MAIS UNE METHODE POUR LES MODELES INTEGRAUX EST EGALEMENT PRESENTEE). DANS LE CHAPITRE 1, ON PRESENTE UNE DESCRIPTION DE LA METHODE DES CARACTERISTIQUES POUR UN PROBLEME DE TRANSPORT SOUS SES DEUX FORMES, FAIBLE ET FORTE. A PARTIR D'UN PROBLEME DE CONVECTION STATIONNAIRE (P), NOUS DEFINISSONS, A L'AIDE DE CETTE METHODE, UN PROBLEME (P#K), DONT ON DEMONTRE L'EXISTENCE ET L'UNICITE D'UNE SOLUTION DANS LE CAS OU LA DIVERGENCE DE LA VITESSE EST NULLE. ON OBTIENT UNE MAJORATION D'ERREUR. ON DONNE LE LIEN FORMEL ENTRE LA METHODE DE GALERKIN DISCONTINUE ET LA METHODE DES CARACTERISTIQUES. DANS LE CHAPITRE 2, ON CONSIDERE, POUR L'EQUATION DE CONVECTION STATIONNAIRE A UNE VARIABLE, LA METHODE DES CARACTERISTIQUES DE PSEUDO-PAS DE TEMPS K AVEC APPROXIMATION DE L'INCONNUE PAR DES ELEMENTS FINIS P#R DISCONTINUS SUR UN MAILLAGE T#H. ON CONSTRUIT, POUR CETTE METHODE, UNE NORME NATURELLE NOTEE #H#,#K, POUR LAQUELLE ON MONTRE QUE LE PROBLEME VARIATIONNEL APPROCHE (P#K#H) EST BIEN POSE ET ON OBTIENT UNE MAJORATION D'ERREUR. ON MONTRE QUE, QUAND K TEND VERS ZERO, LE PROBLEME (P#K#H) (RESP. LA NORME #H#,#K) A POUR LIMITE LE PROBLEME (P#H) (RESP. LA NORME #H), ASSOCIE A LA METHODE DE GALERKIN DISCONTINUE. DANS LE CHAPITRE 3, ON PRESENTE UNE DESCRIPTION DES METHODES D'ELEMENTS FINIS POUR LA SIMULATION D'ECOULEMENTS VISCOELASTIQUES OBEISSANT A DES LOIS DIFFERENTIELLES ET INTEGRALES. DANS LE CHAPITRE 4, ON DEMONTRE QUE LE PROBLEME (P#K), DEFINI AU CHAPITRE 1, ADMET UNE SOLUTION UNIQUE DANS LE CAS OU LA DIVERGENCE DE LA VITESSE EST NON NULLE ET ON DONNE UNE MAJORATION D'ERREUR. ON ETUDIE UNE APPROXIMATION PAR ELEMENTS FINIS D'ECOULEMENTS DE FLUIDES VISCOELASTIQUES REGIS PAR UNE LOI DE COMPORTEMENT DIFFERENTIELLE 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 DES CARACTERISTIQUES. 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 QU'UN PROBLEME SEMI-LINEARISE APPROCHE A UNE SOLUTION ET ON DONNE UNE MAJORATION D'ERREUR. ENFIN, DANS LE CHAPITRE 5, ON DONNE UNE METHODE NUMERIQUE POUR LE CALCUL D'ECOULEMENTS DE FLUIDES VICOELASTIQUES INSTATIONNAIRES REGIS PAR UNE LOI INTEGRALE DE TYPE OLDROYD B, EN UTILISANT LA METHODE DES CARACTERISTIQUES

NOUS CONSIDERONS LA SIMULATION NUMERIQUE DES ECOULEMENTS DE FLUIDES VISCOELASTIQUES. DEVELOPPANT UNE APPROXIMATION EN TEMPS PAR LA METHODE DES DIRECTIONS ALTERNEES, NOUS PROPOSONS UN ALGORITHME ENTIEREMENT NOUVEAU PERMETTANT DE DECOUPLER LE CALCUL DES CONTRAINTES DE CELUI DES VITESSES. D'ORDRE DEUX EN TEMPS, CETTE METHODE PERMET DE PLUS LE CALCUL RAPIDE DES SOLUTIONS STATIONNAIRES. L'ELEMENT A DIVERGENCE NULLE DE THOMAS-RAVIART EST UTILISE POUR LES VITESSES, ET CELUI DE LESAINT-RAVIART POUR LES CONTRAINTES. LA METHODE EST APPLIQUEE AU PROBLEME DE L'ECOULEMENT DE FLUIDES DU TYPE OLDROYD DANS UNE CONTRACTION BRUSQUE (PROBLEME DE LA MARCHE)

LES TRAVAUX PRESENTES DANS CETTE THESE CONCERNENT LA SIMULATION NUMERIQUE D'ECOULEMENTS INCOMPRESSIBLES ET PERMANENTS DE FLUIDES NON NEWTONIENS, NOTAMMENT VISCOELASTIQUES, EN PRESENCE DE FORCES D'INERTIE NON NEGLIGEABLES. LES PRINCIPALES CARACTERISTIQUES DE L'APPROCHE PROPOSEE RESIDENT DANS LE CHOIX DU PROCEDE ITERATIF ET DE LA METHODE DE DISCRETISATION. NOUS UTILISONS UN ALGORITHME DE TYPE POINT-SELLE OU LA CONDITION D'INCOMPRESSIBILITE EST DEFINIE COMME LA CONTRAINTE EGALITE D'UN PROBLEME DE MINIMISATION. LA METHODE DES VOLUMES FINIS EST DEVELOPPEE POUR DISCRETISER L'ENSEMBLE DES EQUATIONS DU MOUVEMENT ET DE COMPORTEMENT. LES APPLICATIONS DE L'APPROCHE INCLUENT EN PREMIER LIEU L'ECOULEMENT DANS UN CONVERGENT PLAN QUATRE:UN. LA SECONDE ETUDE CONCERNE L'ECOULEMENT DU MODELE VISCOELASTIQUE D'OLDROYD-B AUTOUR D'UN OBSTACLE DE SECTION CARREE PLACE DANS UNE CONDUITE. LES DIFFERENTS CALCULS MENES ONT MIS EN EVIDENCE L'INFLUENCE DES FORCES D'INERTIE ET DU TAUX D'ELASTICITE SUR LA STRUCTURE DE L'ECOULEMENT

NOUS PRESENTONS DANS CE TRAVAIL, L'APPLICATION D'UNE METHODE D'ELEMENTS FINIS BASEE SUR LE CONCEPT DES VOLUMES DE CONTROLE A LA RESOLUTION DE PROBLEMES DE MECANIQUE DES FLUIDES ET DE THERMIQUE PRESENTANT NOTAMMENT DES SINGULARITES AUX FRONTIERES. UNE PREMIERE PARTIE EST CONSACREE A LA FORMULATION ET A LA MISE EN UVRE DE LA METHODE DANS LE CADRE DE LA RESOLUTION DE PROBLEMES CONDUCTIFS ET DE PROBLEMES D'ECOULEMENTS DE FLUIDES INCOMPRESSIBLES. LA METHODE EST ENSUITE VALIDEE SUR DES EXEMPLES CLASSIQUES ET COMPAREE A DES METHODES DE TYPE ELEMENTS FINIS ET DIFFERENCES FINIES. NOUS MONTRONS QUE D'UNE FACON GENERALE, LA METHODE PRESENTEE DONNE DES RESULTATS PLUS PRECIS QUE CES METHODES CLASSIQUES. DANS UNE DEUXIEME PARTIE, NOUS CONSIDERONS LES PROBLEMES POSES PAR L'APPARITION DE SINGULARITES EN FLUX AUX FRONTIERES DES DOMAINES. NOUS NOUS SOMMES INTERESSES PARTICULIEREMENT A DEUX SINGULARITES QUI APPARAISSENT RESPECTIVEMENT A L'INTERSECTION D'UNE PAROI ADIABATIQUE ET D'UNE PAROI ISOTHERME ET, DE DEUX PAROIS ISOTHERMES POUR DES ANGLES STRICTEMENT SUPERIEURS A PI/2 ET PI. NOUS MONTRONS QUE LE CALCUL DES FLUX EFFECTUE PAR LES METHODES CLASSIQUES TRAVERSANT CE TYPE DE FRONTIERE PEUT EN EFFET, ETRE ENTACHE D'UNE ERREUR IMPORTANTE. NOUS PROPOSONS ALORS UNE SOLUTION QUI CONTOURNE CETTE DIFFICULTE, EN CALCULANT LE TRANSFERT DE CHALEUR PAR UNE METHODE DE BILANS. UNE ETUDE NUMERIQUE DE LA ZONE D'INFLUENCE DES SINGULARITES EST EN OUTRE EFFECTUEE. DANS UNE DERNIERE PARTIE, NOUS APPLIQUONS LA METHODE A LA RESOLUTION DU PROBLEME DE LA CONVECTION NATURELLE DANS UNE CAVITE TRAPEZOIDALE, DANS UN ESPACE ANNULAIRE RHOMBOEDRIQUE ET DANS DES ESPACES ANNULAIRES DE SECTION INTERIEURE POLYGONALE. LA STRUCTURE DE L'ECOULEMENT EST ETUDIEE ET DES CORRELATIONS RELIANT LE NOMBRE DE NUSSELT AU NOMBRE DE RAYLEIGH SONT PROPOSEES