Thèse de Jérôme Giordano soutenue en 2004 - iusti

Introduction générale
Complément de choix à l’analyse théorique et aux études expérimentales, la modélisation
numérique contribue de nos jours activement à la compréhension de problèmes physiques de
plus en plus complexes. Ce travail de thèse consacré à la simulation d’écoulements compressibles
à grande vitesse, figés ou réactifs, en apporte une illustration supplémentaire. Il s’inscrit dans
le cadre plus général d’un programme de recherches conduit dans notre laboratoire visant, à
terme, la modélisation numérique du fonctionnement de moteur à combustion supersonique de
type scramjet. En effet, cette technologie de propulsion possède un potentiel très prometteur (le
X − 43 de la NASA a ainsi volé à la vitesse record de Mach 7), mais son problème majeur reste
de maintenir la combustion H2-Air dans un écoulement supersonique établi. Ces phénomènes de
combustion sont très dépendants des zones de mélange et des configurations d’ondes de choc.
De plus, ces zones de mélange peuvent être induites par des instabilités telles que celles de
Richtmyer-Meshkov. En outre, la position des ondes de choc, ainsi que les décollements de couche
limite, sont imposés par la géométrie. Par conséquent, une étape nouvelle est donc de prendre
en compte dans la simulation les évolutions géométriques dues aux déformations de la structure.
Ainsi, notre objectif est de se doter d’outils numériques capables de modéliser ces problèmes. C’est
pourquoi, nous avons contribué au développement de deux codes de recherche existant CARBUR
et MARCUS. Le premier est un code volumes finis qui simule des écoulements instationnaires
compressibles à grande vitesse, réactifs et hors d’équilibre. Il est développé dans le laboratoire
depuis une dizaine d’années [16]. L’utilisation de ce code a permis, par exemple, de concevoir un
système d’aspiration de couche limite optimal en vu d’accroître le temps de rafale des souffleries
supersoniques à choc réfléchi [17]. De même, des études ont été menées pour montrer l’importance
de la prise en compte du déséquilibre thermochimique dans la simulation d’écoulements à haute
enthalpie génératrice [12] et [14]. Plus récemment, des simulations conduites avec CARBUR ont
apporté une meilleure compréhension de la prédominance des effets visqueux dans les phénomènes
d’hystérésis rencontrés dans un écoulement autour un dard axisymétrique [15]. Le deuxième code,
MARCUS, est un code éléments finis qui modélise la dynamique des structures déformables. Ce
code est également développé dans le laboratoire. Il a été par ailleurs utilisé pour simuler les
instabilités thermo-convectives de Benard-Marangoni [75]. Comme la capacité de la méthode des
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