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This work focuses on the computation and stability analysis of both steady-state and time-periodic solutions with an emphasis on very high-dimensional systems such as the discrete Navier-Stokes equations.Our results are obtained with texttt{nekStab}, a user-friendly open-source toolbox for global stability analysis based on Krylov methods and a time-stepper formulation.Our package texttt{nekStab} inherits the flexibility and all the capabilities of the highly parallel spectral element-based open-source solver texttt{Nek5000}, enabling the characterization of the stability of complex flow configurations and several post-processing options.The performances and accuracy of our toolbox are first illustrated using standard benchmarks from the literature before turning our attention to the persistent sequence of bifurcations in the wake of bluff bodies.Using a Newton-Krylov algorithm, unstable periodic orbits are computed and fully three-dimensional Floquet modes obtained, highlighting a sequence of bifurcations leading to the onset of quasi-periodic dynamics as well as the existence of subharmonic cascade before the onset of temporal chaos.The stability of a jet in crossflow is also investigated for a range of jet to crossflow velocity ratios.After the first bifurcation, we note a surprising change in the nature of the perturbations before the onset of quasi-periodic dynamics and chaos.Finally, we present a parametric study of the influence of the aspect ratio on the first bifurcation taking place in lid-driven cavity flows.We find that very large spanwise aspect ratios need to be considered in order to tend toward the results obtained for cavities homogeneous in the spanwise direction., Ce travail se concentre sur le calcul et l'analyse de la stabilité des solutions stationnaires et périodiques en temps de systèmes de très haute dimension tels que les équations de Navier-Stokes discrétisées.Les résultats sont obtenus à l'aide de texttt{nekStab}, une boîte à outils open-source pour l'analyse de stabilité de tels systèmes basée sur les méthodes de Krylov et une formulation de type emph{time-stepper}.texttt{nekStab} hérite de la flexibilité et de toutes les capacités du solveur open source hautement parallèle basé sur des éléments spectraux texttt{Nek5000}, permettant ainsi la caractérisation de la stabilité des écoulements dans des géométries complexes.Les performances et la précision de cet outil sont d'abord illustrées à l'aide de benchmarks standards issus de la littérature avant de nous intéresser à la séquence des bifurcations dans le sillage des corps non profilés.Grâce à un algorithme de Newton-Krylov, des orbites périodiques instables sont calculées et les modes Floquet pleinement tridimensionnels sont obtenus, mettant en évidence une séquence de bifurcations conduisant à l'apparition de dynamiques quasi-périodiques et à l'existence d'une cascade sous-harmonique précédent la transition vers un chaos temporel.La stabilité d'un écoulement de type emph{jet in cross-flow} est également étudiée. Après la première bifurcation, on note un changement surprenant dans la nature des perturbations avant l'apparition de la dynamique quasi-périodique et du chaos.Enfin, nous présentons une étude paramétrique de l'influence du rapport d'aspect dans la première bifurcation de l'écoulement au sein d'une cavité entraînée. Nous constatons que des longueurs étonnamment grandes dans le sens de l'envergure sont nécessaires pour tendre vers les résultats théoriques obtenues pour des cavités homogènes dans cette direction transverses.

Present works focuses on determining the free surface oscillation frequency, as well as the vortex shedding frequency, for open-channel lateral cavities with a simplified prismatic geometry. Theses cavities can be encountered in the field as oxbows or artificial harbor. For these cavities, the free surface oscillation has a significant influence on the ecosystem inside the cavity, on the exchange process of nutrients, oxygen, with the main flow, but also on the mooring system wear or on the loading of ships. Measurement using PIV, Fourier based profilometry and ultrasonic probes revealed that the free surface oscillation and vortex shedding frequency are equal to each other or every measurement of this PhD. Moreover, spectral analysis show a unique energetic peak (sometimes with associated harmonics), indicating that this oscillating process is monochromatic. Thus, the vortex shedding is constrained by the presence of a downstream corner for all measurements. Its behavior is hence greatly modified compared to the vortex shedding in a free mixing layer.For low Froude numbers Fr0.6, free surface oscillation amplitude rises rapidly and the frequency is “locked-on” a natural frequency of the cavity. In this regime, the feedback process is not valid anymore, meaning that the vortex shedding process is entirely governed by gravity wave resonance. Additionally, using Fourier based profilometry method, the synchronization between free surface oscillation and vortex shedding has been investigated. It shows that the vortex shedding at the upstream corner, as well as the impact of vortices at the downstream corner, are associated with a trough of the wave respectively in the vicinity of the upstream and downstream corner of the cavity. This behavior is retrieved for all tested configurations with high and low values of the Froude number.Finally, a typology of the observed cavity flows, completing the simple existing typology in the literature, is proposed based on the processes governing the oscillation frequency of the cavity., Les travaux présentés ici se sont focalisés sur la détermination des fréquences d’oscillation de la surface libre, ainsi que sur la fréquence du lâcher tourbillonnaire, pour des cavités latérales adjacentes à un écoulement à surface libre de géométrie prismatique simplifiée. Ces cavités représentent des cavités à géométries plus complexes retrouvées dans la nature, comme des ports artificiels ou des bras morts de rivière. Pour ces cavités, les oscillations de surface libre peuvent influer sur la vie de l’écosystème dans la cavité, sur les échanges de nutriments, d’oxygène, avec le canal principal, mais également sur l’usure des systèmes d’amarrages et sur le chargement des bateaux.Les mesures réalisées par PIV, profilométrie par transformée de Fourier et ultrason ont montré que la fréquence des oscillations de surface libre est identique à la fréquence du lâcher tourbillonnaire pour toutes les mesures de cette thèse. Les spectres ne présentent qu’un seul pic énergétique (avec parfois des harmoniques), indiquant que le processus est monochromatique. Le lâcher tourbillonnaire est ainsi systématiquement soumis à un forçage, induit par la présence du coin aval de la cavité, quelle que soit la valeur du nombre de Froude. Le comportement de la couche de mélange entre une cavité latérale et un écoulement est donc fondamentalement différent de celui d’une couche de mélange libre.Pour les bas nombres de Froude Fr0.6, les amplitudes d’oscillation augmentent soudainement et la fréquence d’oscillation de la cavité est fixée, égale à une valeur correspondant à un mode propre de cavité. Dans ce régime, le modèle de rétroaction n’est plus valide, et le lâcher tourbillonnaire est alors dominé par les oscillations de surface libre.Par ailleurs, à l’aide de mesure par profilométrie par transformée de Fourier, la synchronisation entre les tourbillons de la couche de mélange et les oscillations de surface libre a pu être étudiée. La génération, ainsi que l’impact des tourbillons, sont toujours associés à un creux de l’oscillation au niveau du coin amont (pour la génération) ou aval (pour l’impact), quel que soit le régime d’écoulement considéré. Finalement, une typologie des écoulements en cavité latérale à surface libre, complétant la typologie proposée dans la littérature, est proposée en se basant sur les processus à l’origine de la sélection de la fréquence d’oscillation de la cavité.

Present works focuses on determining the free surface oscillation frequency, as well as the vortex shedding frequency, for open-channel lateral cavities with a simplified prismatic geometry. Theses cavities can be encountered in the field as oxbows or artificial harbor. For these cavities, the free surface oscillation has a significant influence on the ecosystem inside the cavity, on the exchange process of nutrients, oxygen, with the main flow, but also on the mooring system wear or on the loading of ships. Measurement using PIV, Fourier based profilometry and ultrasonic probes revealed that the free surface oscillation and vortex shedding frequency are equal to each other or every measurement of this PhD. Moreover, spectral analysis show a unique energetic peak (sometimes with associated harmonics), indicating that this oscillating process is monochromatic. Thus, the vortex shedding is constrained by the presence of a downstream corner for all measurements. Its behavior is hence greatly modified compared to the vortex shedding in a free mixing layer.For low Froude numbers Fr0.6, free surface oscillation amplitude rises rapidly and the frequency is “locked-on” a natural frequency of the cavity. In this regime, the feedback process is not valid anymore, meaning that the vortex shedding process is entirely governed by gravity wave resonance. Additionally, using Fourier based profilometry method, the synchronization between free surface oscillation and vortex shedding has been investigated. It shows that the vortex shedding at the upstream corner, as well as the impact of vortices at the downstream corner, are associated with a trough of the wave respectively in the vicinity of the upstream and downstream corner of the cavity. This behavior is retrieved for all tested configurations with high and low values of the Froude number.Finally, a typology of the observed cavity flows, completing the simple existing typology in the literature, is proposed based on the processes governing the oscillation frequency of the cavity.; Les travaux présentés ici se sont focalisés sur la détermination des fréquences d’oscillation de la surface libre, ainsi que sur la fréquence du lâcher tourbillonnaire, pour des cavités latérales adjacentes à un écoulement à surface libre de géométrie prismatique simplifiée. Ces cavités représentent des cavités à géométries plus complexes retrouvées dans la nature, comme des ports artificiels ou des bras morts de rivière. Pour ces cavités, les oscillations de surface libre peuvent influer sur la vie de l’écosystème dans la cavité, sur les échanges de nutriments, d’oxygène, avec le canal principal, mais également sur l’usure des systèmes d’amarrages et sur le chargement des bateaux.Les mesures réalisées par PIV, profilométrie par transformée de Fourier et ultrason ont montré que la fréquence des oscillations de surface libre est identique à la fréquence du lâcher tourbillonnaire pour toutes les mesures de cette thèse. Les spectres ne présentent qu’un seul pic énergétique (avec parfois des harmoniques), indiquant que le processus est monochromatique. Le lâcher tourbillonnaire est ainsi systématiquement soumis à un forçage, induit par la présence du coin aval de la cavité, quelle que soit la valeur du nombre de Froude. Le comportement de la couche de mélange entre une cavité latérale et un écoulement est donc fondamentalement différent de celui d’une couche de mélange libre.Pour les bas nombres de Froude Fr0.6, les amplitudes d’oscillation augmentent soudainement et la fréquence d’oscillation de la cavité est fixée, égale à une valeur correspondant à un mode propre de cavité. Dans ce régime, le modèle de rétroaction n’est plus valide, et le lâcher tourbillonnaire est alors dominé par les oscillations de surface libre.Par ailleurs, à l’aide de mesure par profilométrie par transformée de Fourier, la synchronisation entre les tourbillons de la couche de mélange et les oscillations de surface libre a pu être étudiée. La génération, ainsi que l’impact des tourbillons, sont toujours associés à un creux de l’oscillation au niveau du coin amont (pour la génération) ou aval (pour l’impact), quel que soit le régime d’écoulement considéré. Finalement, une typologie des écoulements en cavité latérale à surface libre, complétant la typologie proposée dans la littérature, est proposée en se basant sur les processus à l’origine de la sélection de la fréquence d’oscillation de la cavité.

Fluid Structure Interaction of an inhibitor with the internal flow induced by wall injection was studied in an axisymmetric cold flow apparatus. Experiments were carried out over a wide range of injection velocities in order to underline how the obstacle not only modifies the mean flowfield but also its entire dynamic behaviour.The resulting instability (from the interaction of the unstable shear layer with the Taylor-Culick flow) exhibits a significant shift with respect to the Taylor-Culick instability and therefore emphasizes the strong impact of the inhibitor on hydrodynamics.The mecanisms responsible of such behaviour are studied in this thesis with the help of global linear stability analysis and multi-physics numerical computations.; Les Moteurs à Propergol Solide sont le siège d'instabilités de combustion qui se manifestent par des fluctuations de la pression interne et, en conséquence, de la poussée induite. Les phénomènes oscillatoires observés résultent d'un couplage entre l'acoustique de la chambre de combustion et une ou plusieurs instabilités hydrodynamiques de l'écoulement interne.Dans cette thèse, on s'intéresse à l'étude de l'écoulement induit par injection pariétale en géométrie axisymétrique. Plus particulièrement, on se concentre sur l'interaction qui peut avoir lieu entre cet écoulement et une structure : les Protections Thermiques de Face.Une étude expérimentale reposant sur le montage gaz froid VALDO de l'ONERA, modélisation représentative des MPS P230, a permis d'examiner l'influence d'obstacles, rigides et en élastomère, sur les instationnarités de l'écoulement. Le caractère instable de l'écoulement induit par injection pariétale est alors confirmé et le rôle primordial joué par les PTF sur les fréquences émergeant au sein de l'écoulement a été identifié.L'analyse de stabilité linéaire de l'écoulement, conduite en approche globale, permet l'étude de sa dynamique en tant qu'amplificateur de bruit. Les m¶mécanismes mis en jeu dans l'instabilité de l'écoulement induit par injection pariétale ainsi que son interaction complexe avec la couche de cisaillement issue de l'obstacle sont analysés. La réponse de l'écoulement à un forçage harmonique est alors examinée à la lumière des résultats expérimentaux.Cette étude a été complétée par une approche numérique de l'Interaction Fluide-Structure sur une configuration jugée critique. Une étape préliminaire à la simulation multi-physique est l'élaboration d'un modèle réaliste du comportement des PTF en élastomère. L'identification et la prise en considération des mécanismes propres aux élastomères dans la loi de comportement est ainsi détaillée. Les résultats issus des simulations sont confrontés aux résultats expérimentaux et rendent possible la validation d'un scénario de couplage dédié à l'Interaction Fluide-Structure au sein des MPS.

The main goals sought by this thesis target the development and expertise of a methodologyfor numerical simulation of fluid-structure interactions problems. In order to identify thestudied problem progressively, we are interested primarily in numerical simulation of flowsaround bluff bodies, especially the phenomenon of vortex shedding in the wake zone of abluff body of different shapes. We used the finite element method by adopting the stabilizedGLS (Galerkin Least-Square) technique. For the treatment of turbulence, we opted the LES(Large-Eddy Simulation) method using the Smagorinsky filter. In the second phase, we wereinterested in flows in deformable media. We undertook the ALE (Arbitrary LagrangianEulerian) formulation by considering a deformable mesh. To update the grid of the dynamicmesh, we used a pseudo-elastic approach. To appraise the implemented methodology, wedecided to approach the problem of sloshing at the free surface of a tank partially filled withliquid. In the final part, we were interested in vibration behavior of a solid body under theeffect of fluid flow. By using a fully implicit coupling algorithm based on a relaxed BlocGauss-Seidel method, we studied the phenomenon of aeroelastic instability of cable-stayedbridges. To validate the numerical model treating fluid-structure interactions by experimentaldata, we investigated the vibration behavior of a real deck sectional model under the effect ofa uniform wind., Les buts principaux recherchés de la présente thèse visent au développement et à l’expertised’une méthodologie de simulation numérique des problèmes d’interactions fluides-structures.Afin de cerner progressivement le problème étudié, nous nous sommes intéressés en premierlieu à la simulation numérique des écoulements autour d’obstacles solides, plusparticulièrement au phénomène d’éclatements tourbillonnaires dans la zone de sillaged’obstacles de différentes formes. Nous avons utilisé la méthode des éléments finis enadoptant la technique de stabilisation GLS (Galerkin Least-Square). Pour le traitement de laturbulence, nous avons opté pour la méthode LES (Large-Eddy Simulation) en utilisant lefiltre de Smagorinsky. En deuxième phase, nous nous sommes intéressés aux écoulements enmilieux déformables. Nous avons entrepris la formulation ALE (Arbitrairement LagrangienneEulérienne) en considérant un maillage déformable. Pour la mise à jour de la grille dumaillage dynamique, nous avons utilisé une approche pseudo-élastique. Afin d’expertiser laméthodologie mise en œuvre, nous avons choisi d’aborder le problème des ballottements à lasurface libre de réservoirs partiellement remplis de liquide. En dernière partie, nous noussommes intéressés au comportement vibratoire d’un corps solide sous l’effet d’un écoulementde fluide. Par l’utilisation d’un algorithme de couplage totalement implicite basé sur laméthode de Gauss-Seidel par Bloc, nous avons abordé le phénomène des instabilitésaéroélastiques des ponts à haubans. Pour la validation du modèle numérique traitant lesinteractions fluides-structures par les données expérimentales, nous nous sommes intéressésau comportement vibratoire d’une maquette sectionnelle d’un tablier de pont réel sous l’effetd’un vent soufflant uniforme.

The hydrodynamic governing a great number of industrial applications - in which yield stress fluids are used - has been investigated in this of work. The basic fluid mechanics problem that is the fluid flow around cylindrical obstacles is especially studied. Firstly, the case corresponding to very high Oldroyd numbers that is very little approached in the literature has been examined by extending the study to kinematics and dynamics aspects. Inertial effects are negligible. The case of one cylindrical obstacle and that of two cylinders in interaction are studied by numerical simulations. The results concerning rigid zones, stability, viscoplastic boundary layer are presented as a function as Oldroyd number. The case of one cylinder has been examined experimentally by drag measurement and flow characterisation by particle image velocimetry. The yield stress fluid used has been the subject of an in-depth rheometrical characterisation. Experimental results allowed to compare the elastoviscoplastic behaviour of the used gel to the results obtained with existing viscoplastic laws. In a second time, inertial effects were taken into account. An experimental study was undertaken on the flow around a cylindrical obstacle plunged in a rotating tank. This study, completed by numerical simulation, allowed to identify the effects of plasticity, shear-thinning and elasticity on the wake behind the cylindrical obstacle. The recirculation zone in the laminar steady regime and the transition between this regime and the one of laminar vortex shedding was specially examined., Ce travail de thèse aborde l'hydrodynamique régissant un grand nombre d'applications industrielles mettant en œuvre des fluides à seuil de contrainte. Il s'intéresse plus particulièrement à l'étude du problème de base de la mécanique des fluides que constitue l'écoulement d'un fluide autour d'obstacles cylindriques. Dans un premier temps, le domaine des grands nombres d'Oldroyd, peu abordé dans la littérature, a été examiné en s'intéressant plus particulièrement aux aspects cinématiques et dynamiques. Les effets d'inertie sont négligés. Le cas d'un seul obstacle cylindrique et celui de deux obstacles cylindriques en interaction ont été étudiés numériquement. Les résultats concernant les zones rigides, la stabilité, la couche limite viscoplastique ont été présentés en fonction du nombre d'Oldroyd. Expérimentalement, le cas du cylindre seul a été examiné par la mesure de la traînée et la caractérisation des champs de vitesses par vélocimétrie par image de particules. Le fluide à seuil de contrainte utilisé a été l'objet d'une caractérisation rhéométrique approfondie. Les résultats expérimentaux ont permis de comparer les effets de la nature élastoviscoplastique du gel utilisé aux résultats obtenus avec des lois viscoplastiques existantes. Dans un second temps, les effets d'inertie ont été pris en compte. Une étude expérimentale a été menée sur l'écoulement autour d'un obstacle cylindrique plongé dans une cuve tournante. Cette étude, complétée par une simulation numérique, a permis d'identifier l'influence de la plasticité, de la rhéofluidification et de l'élasticité sur le sillage derrière un obstacle cylindrique dans un fluide à seuil de contrainte. La zone de recirculation présente dans le régime laminaire stable et la transition entre ce régime et le régime laminaire avec détachement de tourbillons ont été spécialement examinées.

The hydrodynamic governing a great number of industrial applications - in which yield stress fluids are used - has been investigated in this of work. The basic fluid mechanics problem that is the fluid flow around cylindrical obstacles is especially studied. Firstly, the case corresponding to very high Oldroyd numbers that is very little approached in the literature has been examined by extending the study to kinematics and dynamics aspects. Inertial effects are negligible. The case of one cylindrical obstacle and that of two cylinders in interaction are studied by numerical simulations. The results concerning rigid zones, stability, viscoplastic boundary layer are presented as a function as Oldroyd number. The case of one cylinder has been examined experimentally by drag measurement and flow characterisation by particle image velocimetry. The yield stress fluid used has been the subject of an in-depth rheometrical characterisation. Experimental results allowed to compare the elastoviscoplastic behaviour of the used gel to the results obtained with existing viscoplastic laws. In a second time, inertial effects were taken into account. An experimental study was undertaken on the flow around a cylindrical obstacle plunged in a rotating tank. This study, completed by numerical simulation, allowed to identify the effects of plasticity, shear-thinning and elasticity on the wake behind the cylindrical obstacle. The recirculation zone in the laminar steady regime and the transition between this regime and the one of laminar vortex shedding was specially examined.; Ce travail de thèse aborde l'hydrodynamique régissant un grand nombre d'applications industrielles mettant en œuvre des fluides à seuil de contrainte. Il s'intéresse plus particulièrement à l'étude du problème de base de la mécanique des fluides que constitue l'écoulement d'un fluide autour d'obstacles cylindriques. Dans un premier temps, le domaine des grands nombres d'Oldroyd, peu abordé dans la littérature, a été examiné en s'intéressant plus particulièrement aux aspects cinématiques et dynamiques. Les effets d'inertie sont négligés. Le cas d'un seul obstacle cylindrique et celui de deux obstacles cylindriques en interaction ont été étudiés numériquement. Les résultats concernant les zones rigides, la stabilité, la couche limite viscoplastique ont été présentés en fonction du nombre d'Oldroyd. Expérimentalement, le cas du cylindre seul a été examiné par la mesure de la traînée et la caractérisation des champs de vitesses par vélocimétrie par image de particules. Le fluide à seuil de contrainte utilisé a été l'objet d'une caractérisation rhéométrique approfondie. Les résultats expérimentaux ont permis de comparer les effets de la nature élastoviscoplastique du gel utilisé aux résultats obtenus avec des lois viscoplastiques existantes. Dans un second temps, les effets d'inertie ont été pris en compte. Une étude expérimentale a été menée sur l'écoulement autour d'un obstacle cylindrique plongé dans une cuve tournante. Cette étude, complétée par une simulation numérique, a permis d'identifier l'influence de la plasticité, de la rhéofluidification et de l'élasticité sur le sillage derrière un obstacle cylindrique dans un fluide à seuil de contrainte. La zone de recirculation présente dans le régime laminaire stable et la transition entre ce régime et le régime laminaire avec détachement de tourbillons ont été spécialement examinées.

An hybrid approach is developed for the prediction of acoustic radiation of wall-bounded unsteady flows, and its application on the configuration of a blunt flat plate is performed. Aerodynamic data are obtained through a direct numerical simulation, assuming an incompressible flow. The no-slip condition at the wall is modelled with an external force-field ; this virtual boundary method is especially tailored for complex geometries, and is original in the field of aeroacoustics. Its mechanism as a feedback control system is analysed, which allows to decrease the penalty on the time-step. The behavior of the method when sharp edges are present is also studied. The 3D turbulent channel flow was simulated for the validation, and comparisons with the litterature show a good agreement. The scheme giving access to the hydrodynamic pressure is also detailed, in order to valid the fluctuating pressure fields used as input data for the acoustic calculation. The application to the 2D configuration of the blunt flat plate shows that it is difficult to obtain a perfectly converged flow. The processes of vortex shedding and flapping of the shear layer generated at the leading edge, as well as statistic properties of the turbulence are analysed. The acoustic radiation is computed through the application of the Curle's analogy, implemented with an advanced time approach. The acoustic fields show that volumic source terms radiate more than the surfacic source terms. For a compact source, the maximum of sound intensity is observed in the direction around 60 degrees downstream, as a consequence of the conjugated effect of the volumic term associated with the shear stress and the longitudinal volumic term. For a non-compact source, an important influence is observed when the retarded time are taken into account, showing an enhancement of the radiation of the longitudinal volumic term downstream.; Cette thèse propose une méthode hybride pour la prédiction du rayonnement acoustique d'écoulements pariétaux instationnaires, et son application au cas de la plaque plane épaisse. Les données aérodynamiques sont obtenues par simulation numérique directe incompressible. L'originalité est ici de modéliser la condition d'adhérence aux parois par un terme de forçage volumique en utilisant la méthode des frontières virtuelles, spécialement adaptée aux géométries complexes. L'analyse de leur fonctionnement comme système d'asservissement de la vitesse à la valeur nulle a permis de réduire leur contrainte sur le pas de temps. Le comportement de la méthode en présence d'une arête vive a également été étudié. La simulation de l'écoulement en canal plan 3D turbulent a été réalisé pour la validation, et des comparaisons avec la littérature montrent un bon accord. L'accent est également mis sur la procédure d'obtention de la pression hydrodynamique afin de valider les champs de pression fluctuante utilisés comme données d'entrée du calcul acoustique. L'application à la plaque épaisse a fait apparaître qu'il est difficile d'obtenir un écoulement parfaitement établi. Les mouvements tourbillonnaires générés par la couche cisaillée issue du coin, ainsi que les propriétés statistiques de la turbulence, sont analysés. Le rayonnement acoustique est calculé à l'aide de l'analogie de Curle, programmée avec un algorithme en temps avancés. On observe une prépondérance du rayonnement des termes sources volumiques sur celui des termes sources surfaciques. Dans l'hypothèse d'une source compacte, la direction d'intensité maximale est observée autour de 60 degrés vers l'aval, due à l'effet conjugué du terme volumique associé à la tension de cisaillement et du terme volumique longitudinal. Dans le cas d'une source non-compacte, une influence importante de la prise en compte des temps de retards est observée à travers l'accentuation du rayonnement du terme volumique longitudinal vers l'aval.

An hybrid approach is developed for the prediction of acoustic radiation of wall-bounded unsteady flows, and its application on the configuration of a blunt flat plate is performed. Aerodynamic data are obtained through a direct numerical simulation, assuming an incompressible flow. The no-slip condition at the wall is modelled with an external force-field ; this virtual boundary method is especially tailored for complex geometries, and is original in the field of aeroacoustics. Its mechanism as a feedback control system is analysed, which allows to decrease the penalty on the time-step. The behavior of the method when sharp edges are present is also studied. The 3D turbulent channel flow was simulated for the validation, and comparisons with the litterature show a good agreement. The scheme giving access to the hydrodynamic pressure is also detailed, in order to valid the fluctuating pressure fields used as input data for the acoustic calculation. The application to the 2D configuration of the blunt flat plate shows that it is difficult to obtain a perfectly converged flow. The processes of vortex shedding and flapping of the shear layer generated at the leading edge, as well as statistic properties of the turbulence are analysed. The acoustic radiation is computed through the application of the Curle's analogy, implemented with an advanced time approach. The acoustic fields show that volumic source terms radiate more than the surfacic source terms. For a compact source, the maximum of sound intensity is observed in the direction around 60 degrees downstream, as a consequence of the conjugated effect of the volumic term associated with the shear stress and the longitudinal volumic term. For a non-compact source, an important influence is observed when the retarded time are taken into account, showing an enhancement of the radiation of the longitudinal volumic term downstream., Cette thèse propose une méthode hybride pour la prédiction du rayonnement acoustique d'écoulements pariétaux instationnaires, et son application au cas de la plaque plane épaisse. Les données aérodynamiques sont obtenues par simulation numérique directe incompressible. L'originalité est ici de modéliser la condition d'adhérence aux parois par un terme de forçage volumique en utilisant la méthode des frontières virtuelles, spécialement adaptée aux géométries complexes. L'analyse de leur fonctionnement comme système d'asservissement de la vitesse à la valeur nulle a permis de réduire leur contrainte sur le pas de temps. Le comportement de la méthode en présence d'une arête vive a également été étudié. La simulation de l'écoulement en canal plan 3D turbulent a été réalisé pour la validation, et des comparaisons avec la littérature montrent un bon accord. L'accent est également mis sur la procédure d'obtention de la pression hydrodynamique afin de valider les champs de pression fluctuante utilisés comme données d'entrée du calcul acoustique. L'application à la plaque épaisse a fait apparaître qu'il est difficile d'obtenir un écoulement parfaitement établi. Les mouvements tourbillonnaires générés par la couche cisaillée issue du coin, ainsi que les propriétés statistiques de la turbulence, sont analysés. Le rayonnement acoustique est calculé à l'aide de l'analogie de Curle, programmée avec un algorithme en temps avancés. On observe une prépondérance du rayonnement des termes sources volumiques sur celui des termes sources surfaciques. Dans l'hypothèse d'une source compacte, la direction d'intensité maximale est observée autour de 60 degrés vers l'aval, due à l'effet conjugué du terme volumique associé à la tension de cisaillement et du terme volumique longitudinal. Dans le cas d'une source non-compacte, une influence importante de la prise en compte des temps de retards est observée à travers l'accentuation du rayonnement du terme volumique longitudinal vers l'aval.

Cette étude s'inscrit dans le cadre de recherches, menées dans différents laboratoires, sur l'optimisation des moteurs à propergol solide d'Ariane 5 (MPS P230). Dans une certaine plage de fonctionnement du moteur, l'écoulement diphasique généré par la combustion du propergol enrichi en aluminium se couple à l'acoustique de la veine et crée ainsi des instabilités pouvant être dramatiques. D'autre part, certaines gouttelettes forment, dans le fond arrière du propulseur, une flaque dont le ballottement induit des déséquilibres et des oscillations de poussée. L'objectif de la thèse est de comprendre l'influence de la phase dispersée sur le couplage aéroacoustique au sein du P230 grâce à une étude numérique approfondie. La géométrie support est une maquette du moteur, VIOLETTE, fonctionnant en gaz froid. Le manuscrit comprend trois parties : les phénomènes physiques mis en jeu et les méthodes numériques utilisées, la modélisation de l'écoulement diphasique en gaz froid, l'influence de l'évaporation des gouttes d'aluminium. L'écoulement gazeux instationnaire est calculé en résolvant les équations laminaires de Navier-Stokes grâce au code MSD, couplé au module LSD pour la simulation déterministe lagrangienne de la phase liquide, en two-way coupling. En gaz froid, la présence de gouttelettes cause une diminution des fréquences et amplitudes d'oscillation, et de la pression moyenne. Ces phénomènes sont fortement dépendants des conditions d'injection des gouttes. En gaz chaud, l'évaporation des gouttes accroît les échanges entre phases. La pression moyenne et l'amplitude des fluctuations augmentent considérablement par rapport au cas monophasique. Enfin, l'excitation de modes acoustiques transverses a été mise en évidence par la prise en compte de l'évaporation des gouttelettes. This study is part of a research program initiated in order to improve the Ariane 5 solid aluminized propellant motors (SRM P230) performances. The two-phase flow generated by the combustion of the aluminized propellant couples itself to the acoustic of the chamber. These instabilities can be dramatic for the rocket. Furthermore, some droplets form a slag in the motor half-end. The tossing of this slag induces unsteadiness and thrust oscillations. The objective of the thesis is to understand the droplet influence on aeroacoustic coupling within the P230 thanks to a detailed numerical study. The studied geometry is a cold-flow sub-scale set-up of the motor, called VIOLETTE. The typescript is divided into three parts : physical phenomena and numerical methods used, modelisation of the cold two-phase flow, influence of the aluminum droplet evaporation. The unsteady gaseous flow-field is obtained by solving the laminar Navier-Stokes equations with the code MSD. Droplets are tracked by a deterministic two-way coupling lagrangian method, using the LSD module. In the cold-flow, the presence of droplets causes a decrease of frequencies and amplitudes of oscillations, and mean pressure. These phenomena are strongly dependent of droplet injection condition. In a hot-flow, the droplet evaporation increases inter-phase exchanges. The mean pressure and fluctuation amplitude increase considerably. Moreover, the droplet evaporation excites some transverse acoustic modes.