Etude, mise au point et validation de modèles de turbulence compressible

This work deals mainly with phenomena occurring in Aeronautical and Aerospace domains. The flow occurring in rockets and afterbodies engines as well as shock waves/boundary layers interactions are computed using a mixed finite-volumes / finite elements method. The main motivation of this work is to understand the different factor governing those flows. This work, supported by the SNECMA-group, is mainly devoted to the study and the modeling of the near-wall phenomena using the N3S-Natur software. The goal of this study is to improve the current industrial software and to develop new computation methods (LES/DES) for a better design and control of the propulsive systems. The two-equation turbulence models developed in this study were firstly validated on simple flows (compressible boundary layers, supersonic jet ...) before being applied to complex geometries (nozzle with film cooling, 3D afterbody, viscous interactions and 3D jet separation). A part of the work is devoted to the study of the transient phenomena occurring during the start-up of rocket nozzles. Concerning unsteady aspects, it has been shown, through the study of a shock wave/boundary layer interaction, that the DES (Detached Eddy Simulation), as well as the LES (Large Eddy Simulation) are pertinent tools, which accurately predict the characteristics of both mean and fluctuating flow-fields of complex high-speed aerodynamics.Cette thèse étudie essentiellement des phénomènes touchant aux domaines aéronautique et spatial. Elle traite par simulations numériques des écoulements dans les tuyères de moteur-fusée, les écoulements d'arrière-corps d'avions, et les écoulements supersoniques en présence d'interactions onde de choc/couche limite. La motivation principale de ce travail a été de comprendre les différents facteurs qui gouvernent ces écoulements. Ce travail, soutenu par le groupe SNECMA, est consacré plus particulièrement à l'étude et à la modélisation des phénomènes en proche paroi en utilisant le code industriel N3S-Natur. L'objectif visé est d'améliorer les chaînes de conception et de développement industriels (RANS) et de développer de nouvelles méthodes de calcul (LES/DES) pour une meilleure maîtrise des systèmes énergétiques. Ainsi, les modèles mis au point dans cette étude ont été d'abord validés sur une variété d'écoulement simple (couche limite compressible, jet supersonique,...) avant d'être appliqués aux écoulements complexes (tuyères avec film de refroidissement, arrière-corps 3D, interaction visqueuse et décollement tridimensionnel). Une partie de l‘étude a été consacrée aux phénomènes transitoires d'amorçage rapide des tuyères propulsives. En ce qui concerne les aspects instationnaires, il a été montré, à travers l'étude d'une interaction onde de choc/couche limite, que la DES (Detached Eddy Simulation), tout comme la LES (Large Eddy Simulation), constitue un outil pertinent, permettant une prédiction fine des caractéristiques moyennes et fluctuantes des écoulements supersoniques décollés. Les résultats obtenus dans ce travail confirment la portée et l'intérêt scientifiques des études en aérodynamique supersonique