LA CONNAISSANCE DES ECOULEMENTS TURBULENTS EST NECESSAIRE POUR AMELIORER LA MAITRISE DE FONCTIONNEMENT ET LES PERFORMANCES DES PROPULSEURS A PROPERGOL SOLIDE. DANS CE BUT, DES OUTILS DE SIMULATION NUMERIQUE ONT ETE MIS EN PLACE. DANS UNE PREMIERE PARTIE, LE SCHEMA NUMERIQUE ET LES CONDITIONS AUX LIMITES DES EQUATIONS D'EULER ET DE NAVIER-STOKES SONT PRESENTES. DANS LA SECONDE PARTIE, L'ACCENT EST MIS SUR LA MODELISATION DE LA TURBULENCE. DES DEVELOPPEMENTS A CARACTERE THEORIQUE DES LOIS DE FERMETURE DES EQUATIONS TURBULENTES AU PREMIER ORDRE SONT EFFECTUES. EN PARTICULIER, UN MODELE K-EPSILON A BAS NOMBRE DE REYNOLDS EST PROPOSE POUR SIMULER LES ECOULEMENTS INDUITS PAR UNE INJECTION PARIETALE. CETTE FORMULATION PERMET UNE AVANCEE DANS LA COMPREHENSION PHYSIQUE DE CE TYPE D'ECOULEMENT. DANS LA TROISIEME PARTIE, DES SIMULATIONS NUMERIQUES SONT PRESENTEES. L'ECOULEMENT TRIDIMENSIONNEL EN FLUIDE PARFAIT D'UN PROPULSEUR A CHARGEMENT FINOCYL EST DECRIT EN DETAIL. DES SIMULATIONS NUMERIQUES DE L'ECOULEMENT DANS UN MONTAGE DE SIMULATION EN GAZ FROID DE TYPE PROPULSEUR SANS TUYERE SONT REALISEES AVEC DES MODELES K-EPSILON A HAUT ET BAS NOMBRE DE REYNOLDS. LES COMPARAISONS AVEC L'EXPERIENCE SE SONT AVEREES SATISFAISANTES. L'AMELIORATION DES MODELES DE TURBULENCE CONSTITUE LA PERSPECTIVE LA PLUS INTERESSANTE DE CE TRAVAIL ET MERITE D'ETRE POURSUIVIE

Les lanceurs ont un impact sur la composition de l'atmosphere, et en particulier sur l'ozone stratospherique. Parmi tous les types de propulsion, les moteurs à propergol solide ont fait l'objet d'une attention particulière car leurs émissions sont responsables d'un appauvrissement significatif d'ozone dans le panache des lanceurs lors des premières heures suivant le lancement. Ce phénomène est principalement dû à la conversion de l'acide chlorhydrique, un composé chimique présent en grandes quantités dans les émissions de ce type de moteur, en chlore actif qui réagit par la suite avec l'ozone dans un cycle catalytique similaire à celui responsable du "trou de la couche d'ozone", cette diminution périodique de l'ozone en Antarctique. Cette conversion se produit dans le panache supersonique, où les hautes températures favorisent une seconde combustion entre certaines espèces chimiques du panache et l'air ambiant. L'objectif de cette étude est d'évaluer la concentration de chlore actif dans le panache d'un moteur à propergol solide en utilisant la technique des Simulations aux Grandes Echelles (SGE). Le gaz est injecté à travers la tuyère d'un moteur et une méthode de couplage entre deux instances du solveur de mécanique des fluides est utilisée pour étendre autant que possible le domaine de calcul derrière la tuyère (jusqu'à l'équivalent de 400 diamètres de sortie de la tuyère). Cette méthodologie est validée par une première SGE sans chimie, en analysant les caractéristiques de l'écoulement supersonique avec co-écoulement obtenu par ce calcul. Ensuite, le chimie mettant en jeu la conversion des espèces chlorées a été étudiée au moyen d'un modèle "hors-ligne" permettant de résoudre une chimie complexe le long de lignes de courant extraites d'un écoulement moyenné dans le temps résultant du calcul précédent (non réactif). Enfin, une SGE multi-espèces est réalisée, incluant un schéma chimique auparavant réduit afin de limiter le coût de calcul. Cette simulation représente une des toutes premières SGE d'un jet supersonique réactif, incluant la tuyère, effectuée sur un domaine de calcul aussi long. En capturant avec précision le mélange du panache avec l'air ambiant ainsi que les interactions entre turbulence et combustion, la technique des simulations aux grandes échelles offre une évaluation des concentrations des espèces chimiques dans le jet d'une precision inédite. Ces résultats peuvent être utilisés pour initialiser des calculs atmosphériques sur de plus larges domaines, afin de modéliser les réactions entre chlore actif et ozone et de quantifier l'appauvrissement en ozone dans le panache.

Le couplage entre les oscillations de vitesse de l'écoulement dans un moteur-fusée à propergol solide et la combustion du propergol est décrit par un modèle phénoménologique. Ce dernier est une adaptation des modèles de combustion érosive des propergols composites qui rendent compte des observations expérimentales en régime stationnaire. Les effets de seuil sont intégralement pris en compte dans la loi de vitesse de combustion érosive instationnaire. Les expressions générales de la vitesse de combustion érosive moyenne, de la réponse linéaire à une oscillation sinusoïdale de la vitesse, ainsi que de la réponse sur un harmonique de rang quelconque, en sont déduites. Ces expressions sont intégrées à un programme de calcul et sont appliquées à l'analyse de mesures effectuées au propulseur à éjection modulée. Leur utilisation permet de remonter De manière satisfaisante aux effets des oscillations de vitesse sur l'érosion moyenne pression mesurée et sur la réponse linéaire du propergol déduite du champ de pression acoustique. Indépendamment, une étude de l'influence d'une phase condensée présente dans les produits de combustion est entreprise pour être appliquée au cas d'un propergol aluminisé.

L'AUGMENTATION DES PERTES D'IMPULSION SPECIFIQUE DES PROPERGOLS SOLIDES METALLISES EST LIEE A L'EXISTENCE D'UNE PHASE CONDENSEE DANS LES PRODUITS DE COMBUSTION. TECHNIQUE EXPERIMENTALE DE DETERMINATION DE LA GRANULOMETRIE DES PARTICULES. ANALYSE THEORIQUE DU COMPORTEMENT DE LA PHASE CONDENSEE DANS CHAQUE ZONE INTERESSANTE DU PROPULSEUR (ZONE DE COMBUSTION, CHAMBRE DE COMBUSTION, TUYERE). ETUDE DES PHENOMENES A L'ORIGINE DES COLLISIONS DANS LA CHAMBRE DE COMBUSTION ET DANS LA TUYERE. EQUATIONS DE LA PHASE CONDENSEE, DE LA PHASE GAZEUSE ET DU MELANGE. ETUDE DES PERTES DE PAROI (DUES A LA FORMATION SUR UNE PARTIE DE LA TUYERE D'UNE COUCHE D'ALUMINE CONDENSEE). APPLICATION DES RESULTATS A UN PETIT PROPULSEUR POUR LEQUEL ON A DETERMINE AU BANC LA PERTE GLOBALE D'IMPULSION SPECIFIQUE, PERMETTANT AINSI UNE COMPARAISON ENTRE THEORIE ET EXPERIENCE