Le développement de modèles et de lois de paroi pour les méthodes de simulation numérique des écoulements de géométries complexes passe par l'analyse expérimentale détaillée de la turbulence et des phénomènes mis en jeu dans les couches limites. Une synthèse bibliographique montre en particulier la nécessité de développer des systèmes de mesure donnant accès au transfert de chaleur pariétal instationnaire. La méthodologie expérimentale d'identification du coefficient de transfert de chaleur instationnaire mise en oeuvre est basée sur l'utilisation d'un capteur dont la température de surface est mesurée par l'intermédiaire d'un système de thermographie infrarouge. Un ensemble d'outils de simulation est développé pour définir les paramètres du capteur thermique et la méthode d'identification adaptée. L'étude détaillée de l'écoulement derrière une marche descendante pour une basse vitesse, adaptée aux conditions des codes de calcul par simulation directe, permet d'appréhender le comportement des différentes zones qui le composent et de quantifier la répartition spatiale des grandeurs caractéristiques de la turbulence. L'analyse de l'échange de chaleur instationnaire à la paroi révèle la complexité de l'écoulement dans la zone de recollement où la couche limite est fortement perturbée. Afin de mieux comprendre les phénomènes instationnaires apparaissant dans les régions proches des parois, une étude plus fondamentale sur l'interaction tourbillon - paroi est entreprise. Des traitements spécifiques des mesures de vitesse par vélocimétrie laser donnent le moyen de suivre l'évolution dynamique de la couche limite lors de l'interaction et d'en déduire le coefficient de frottement pariétal instantané. La corrélation de ces résultats avec l'évolution de l'échange de chaleur pariétal a été possible grâce à l'utilisation du nouveau capteur thermique.

Les niveaux de bruit constatés, ainsi que les exigences croissantes en matière de confort acoustique dans les aéronefs, sont tels que des traitements purement passifs, notamment dans le cas des composites, sont insuffisants pour satisfaire au cahier des charges. L'étude, tant théorique qu'expérimentale, a pour objet de mettre en évidence les mécanismes existants lors du contrôle actif vibratoire de panneaux sandwichs composites en vue de réduire le champ acoustique rayonné dans un volume fermé. Pour cela, l'excitation primaire sinusoïdale est produite par une force ponctuelle, alors que les excitations secondaires, nécessaires pour le contrôle, sont ponctuelles ou distribuées. Les capteurs de contrôle sont des microphones. Les procédures sont menées a l'aide d'algorithmes de type LMS (Least Mean Square) à référence filtrée. dans le domaine temporel ou fréquentiel. Une modélisation analytique du comportement vibratoire des panneaux est réalisée. On s'intéresse en particulier à la contribution des différents modes de structure au champ rayonné avant et après contrôle, et au cheminement de l'énergie sur la structure. Les expérimentations sont conduites sur des panneaux encastrés sur les bords, rayonnant dans une pièce assourdie, pour différentes densités modales. Les comparaisons entre les résultats théoriques et expérimentaux permettent de valider le modèle et ainsi d'expliquer les phénomènes. Les performances des deux types d'actionneurs sont comparées et les limitations de la méthode sont analysées. Enfin, des améliorations de l'algorithme sont proposées afin d’éviter des problèmes pratiques de divergence ou l'influence d’une source secondaire sur la référence.

Les équations de Navier-Stokes tridimensionnelles appliquées à des géométries cartésiennes et cylindriques, sont résolues numériquement à l'aide d'un code de calcul en volumes finis basé sur un schéma intérieur de MacCormack du second ordre en temps et du quatrième ordre en espace. Des conditions aux limites non-réfléchissantes du type Thompson ou Giles sont appliquées aux frontières libres des domaines de calcul. La modélisation des échelles sous-mailles est effectuée à l’aide d'un modèle à fonction de structure. Le code de calcul ainsi défini est testé dans un premier temps sur divers types d'écoulements, comme des cas de décroissance de turbulence homogène isotrope, des zones de mélange spatiale (2D) et temporelle (3D), des jets ronds temporels (3D). Des comparaisons sont faites avec d'autres simulations, des études théoriques et des données expérimentales. Une méthode intégrale de Kirchhoff, basée sur une simple intégrale sur une surface englobant les sources sonores du milieu fluide (lesquelles sont déterminées par une simulation directe ou des grandes échelles en champ proche) a été ensuite implémentée pour estimer le champ lointain de pression acoustique. La méthode est appliquée au calcul de bruits de jets, et les résultats sont comparées a des études expérimentales et a d’autres simulations.

Cette étude s'inscrit dans un thème de recherche sur les écoulements internes dans les chambres de combustion afin d'améliorer le rendement et la propreté de moteurs aéronautiques ou automobiles. A cet effet, il est important de valider expérimentalement des modèles théoriques décrivant .le processus d'évaporation du carburant liquide injecté sous forme d'un brouillard de gouttelettes. L'objectif des travaux présentés est de concevoir un système opto-électronique infrarouge appliqué à la mesure de température de gouttes de carburant. La prise en compte des différents aspects d'une chaîne radiométrique infrarouge : transferts par rayonnement, optique, électronique et traitement, a permis la conception et la réalisation d'un système de mesure de température autour d'un détecteur monoélément travaillant dans la bande 8-12 microns. Le système permet la mesure de la température de surface de gouttes de 200 microns dans un jet monodisperse. Les mesures IR ont pu être confrontées aux modèles théoriques et comparées à une autre technique expérimentale basée sur la réfractométrie. Une étude prospective du suivi et de la mesure simultanée de température de gouttes sur leur trajectoire est effectuée. Les caractéristiques optimales d'un détecteur IR matriciel adapté à cette application sont analysées. La faisabilité d'une extension de la thermométrie IR à la mesure de température de gouttes en combustion a été démontrée. Des résultats préliminaires sur la mesure de température de gouttes en combustion à l'intérieur d'une flamme sont présentés.

L’objectif des recherches présentées dans ce mémoire est de développer une nouvelle méthode d'analyse d'images de visualisation d'écoulements basée sur l'application de la transformée en ondelettes bidimensionnelles. Les travaux portent sur la restitution de champs de vitesse et sur l'analyse de structures tourbillonnaires à partir de visualisation d'écoulements ensemencés à l'aide de traceurs discrets ou continus. La spécificité des ondelettes utilisées permet d'effectuer un filtrage en taille et en direction sur l'image. Une étude paramétrique de ces ondelettes est réalisée afin d'adapter et d'optimiser l'outil d'analyse aux images d'écoulements. De cette façon, les directions et les extrémités d'un ensemble de segments laissés par des traceurs discrets peuvent être obtenues. De même, une analyse des structures tourbillonnaires visualisées à l'aide de traceurs continus peut être réalisée à différentes échelles. La méthode mise en place est utilisée pour caractériser un écoulement classique en mécanique des fluides. Celui-ci correspond aux détachements tourbillonnaires alternés en aval d'un obstacle prismatique place dans un écoulement hydraulique. Pour le champ de vitesse, les résultats obtenus sont comparés, soit à ceux de la littérature, soit à des mesures ponctuelles réalisées à l'aide d'un vélocimètre Doppler laser. Les résultats sur l'analyse de structures tourbillonnaires sont également présentés.

Une méthode de reconstruction défectométrique permettant de reconstituer une distribution tridimensionnelle représentative de défauts situés au sein d'un solide, à partir d'un ensemble incomplet et bruité de données, est présentée. Le problème direct est résolu numériquement par la méthode des éléments analytiques, en utilisant un schéma implicite à directions alternées. Un algorithme itératif d'optimisation avec contraintes, associe à une technique de régularisation basée sur le principe de l'entropie maximale est utilisé pour résoudre le problème inverse. Des résultats numériques et expérimentaux attestent la bonne performance de la méthode d'inversion proposée.

Deux techniques de génération de maillages bidimensionnels curvilignes (équations elliptiques et méthode variationnelle) sont étudiées et comparées. Celle de Thompson est retenue parce qu'elle s'avère plus robuste et rapide, une fois associée à une résolution multigrille non linéaire. Le code curviligne développé est basé sur les équations d'Euler pour un gaz parfait. Une méthode de type volumes finis est utilisée pour la discrétisation spatiale. Le schéma de transport est basé sur le principe des flux corrigés (FCT) généralisé au multidimensionnel. Cet algorithme est conçu pour assurer la monotonie et la positivité des variables conservatives transportées. Une discrétisation temporelle totalement explicite d'ordre 2 est obtenue par une méthode de type Runge-Kutta. L'influence des différents schémas utilisés avant la limitation est étudiée sur le cas de l'impact d'une onde de choc sur un obstacle. La solution numérique obtenue est comparée à la solution analytique stationnaire dans le cas d'un écoulement supersonique sur une triple rampe de compression. Des comparaisons avec des strioscopies expérimentales sont effectuées pour l'impact d'une onde de choc sur un cylindre. Deux cas transsoniques, l'un stationnaire (NACA0012) et l'autre instationnaire (cylindre), sont ensuite présentés. Enfin des tests d'adaptation du maillage sur le cas d'un dièdre sont réalisés. Un important effort de vectorisation permet des performances de plus de 100 MFLOPS sur un CRAY XMP 116.