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The lattice Boltzmann (LB) method has emerged as an efficient alternative to classical methods for fluid flow simulation. It can also potentially be used for such complex flows as those involved in low Mach number combustion involving large numbers of field variables, temperature variations, variable properties and spanning multiple scales. Given the variations in diffusion parameters and existing stability issues in the LB, the choice of the collision operator is of the utmost importance. Furthermore, dilatation effects must be introduced as the original LB scheme was developed for isothermal flows. The flow solver has to be supplemented with components modeling balance equations for the energy and species mass fields.In the present work, first the LB solver (with plethora of collision operators) is analyzed using approaches like the von Neumann method. A variety of collision models including multiple relaxation, regularized, and equilibrium distribution functions, like different orders of the Hermite expansion, and the entropic equilibrium are considered. Then, two different approaches for introducing dilatation into the flow solver are proposed and validated. These approaches include one relying on a decomposition of pressure into a uniform thermodynamic and fluctuating hydrodynamic components, and a fully compressible formulation relying on a thermal Hermite expansion of the equilibrium. Appropriate collision operators, resulting on the widest stability domain for the latter are also proposed. In addition, minimalist LB solvers appropriate for the targeted flows are derived to model energy and species mass transport. Contrary to the classical passive scalar lattice Boltzmann models, the proposed formulations are not limited to constant specific heat capacity and/or density and include higher-order effects such as viscous dissipation heating. A variety of cases, covering premixed and diffusion flames, 1-, 2- and 3-D flows are then considered for validation of the overall solvers., La méthode des réseaux de Boltzmann est une alternative efficace aux approches classiques de simulation des écoulements. Cette méthode peut potentiellement être étendue à des écoulements complexes, comme la combustion à nombre de Mach faible avec un grand nombre de variables, variation de température, propriétés variables et couvrant différentes échelles. Etant donné les variations importantes des paramètres de diffusion et les problèmes de stabilité de la méthode des réseaux de Boltzmann, le choix de l’opérateur de collision est de la plus haute importance. De plus, la méthode des réseaux de Boltzmann dans sa forme originale étant formulée pour des écoulements isothermes, les effets de dilatation doivent être introduits dans le solveur. Des composantes additionnelles pour modéliser le transport de variables telles que l’énergie et les espèces doivent être ajoutées au solveur fluide.Dans un premier temps, les propriétés numériques du solveur (en prenant en compte une multitude de modèles de collision) sont étudiées via des méthodes telles que l’analyse de von Neumann. L’étude couvre des modèles de collision comme l'opérateur de collision avec plusieurs temps de relaxation (MRT), le modèle régularisé, et l’effet du choix de la fonction d’équilibre notamment les différents ordres du développement d’Hermite ou l’équilibre entropique. Ensuite, deux différentes approches sont proposées pour l’introduction de la dilatation dans le solveur fluide : Une basée sur une décomposition d’échelle de la pression en pression thermo- et hydrodynamique et une basée sur un développement non-isotherme d’Hermite de la fonction d’équilibre. Un opérateur de collision approprié est aussi proposé pour cette dernière, afin de maximiser le domaine de stabilité linéaire. De plus, des modèles minimalistes adaptés aux équations de transport d’énergie et d’espèces basés sur la formulation des réseaux de Boltzmann sont proposés et validés. Contrairement aux solveurs dits de scalaires passifs, ces derniers ne sont pas limités à des densités et/ou capacités calorifiques constantes et prennent en compte des termes de couplage telles que la production de chaleur par dissipation visqueuse. Enfin, afin de valider le solveur dans son intégralité une multitude de cas, couvrant les flammes pré-mélangées et de diffusion, et des configurations en 1-, 2- et 3-D sont étudiés.

In this thesis we develop and analyze fractional step numerical schemes for reactive flows. The space discretization is staggered, using either the Marker-And Cell (MAC) scheme for structured grids, or a nonconforming low-order finite element approximation for general quadrangular, hexahedral or simplicial meshes.The first part of the thesis deals with the purely hydrodynamical part of the problem and proposes a numerical scheme for the compressible Navier-Stokes equations. For the energy balance equation, the scheme uses a discrete form of the conservation of the internal energy, which ensures that this latter variable remains positive; this relation includes a numerical corrective term, to allow the scheme to compute correct shock solutions in the Euler limit. The scheme is shown to have at least one solution, and to preserve the stability properties of the continuous problem irrespectively of the space and time steps. In addition, it naturally boils down to a usual projection scheme in the limit of vanishing Mach numbers. Numerical tests confirm its potentialities, both in the viscous incompressible and Euler limits.Then we turn to the computation of partially premixed compressible reactive flows. The discretization is based on a model that uses an explicit localization of the flame brush location by a level-set-like partial differential equation often referred to as the G-equation, coupled with the system of balance laws (chemical species, momentum, energy). The algorithm presented here is shown to possess at least one solution that preserves the physical bounds of the unknowns; furthermore, any sequence of approximate solutions to the discretized system of balance laws is shown to tend (up to a subsequence) to a weak solution of the continuous problem. In the inviscid case, the model should boil down, as the stiffness of reaction term increases, to a model for which a closed form of the solution of Riemann problems is available. Numerical tests are performed to show that this is indeed the case. Various discretizations of the convection operators are proposed in order to diminish the numerical diffusion which, especially in this case, affects the convergence speed of the scheme.The last part or the thesis is devoted to the approximation of solutions to a system of balance equations which models the low Mach number one- dimensional reactive flow generated by the combustion of a dust suspension. This model features rather general diffusion terms, with, in particular,mass diffusion coefficients that depend on the local composition and differ from one chemical species to another. The algorithm preserves by construction the stability properties of the continuous problem, namely the positivity of the chemical species mass fractions, the fact that they sum up to one, and the non-decrease of the temperature, provided that the chemical reaction is exothermic.; Dans cette thèse on développe et analyse des schémas numériques de projection pour les écoulements réactifs. La discrétisation en espace est effectuée sur des maillages décalés, et elle utilise soit le schéma Marker-And-Cell (MAC) pour des maillages rectangulaires soit une approximation non-conforme des éléments finis pour des maillages génériques quadrangulaires, hexaédrales ou simpliciaux.La première partie de la thèse aborde la partie purement hydrodynamique du problème et propose un schéma numérique pour les équations de Navier-Stokes compressible. Pour le bilan de l’énergie, l’équation de conservation de l’énergie interne est discrétisée, ce qui garantit que celle-ci reste positive; cette relation contient un terme de correction numérique, qui permet au schéma de calculer la bonne vitesse des chocs dans la limite d’Euler. On montre que le schéma possède au moins une solution, et que dans tous les cas les propriétés de stabilité du problème continu sont préservées, indépendamment du pas d’espace et de temps. De plus, le schéma dégénère vers le schéma de projection usuel dans la limite des faibles nombres de Mach. Des test numériques confirment son bon comportement dans la limite non-visqueux incompressible ainsi que dans la limite d’Euler.On s’intéresse ensuite au calcul des écoulements compressible réactifs pour des fluides partiellement prémélangés. La discrétisation est basée sur un modèle qui utilise une localisation explicite du front de flamme `a travers une équation différentielle du type level-set, souvent appelée dans ce contexte équation G, couplée avec un système de lois de conservation (espèces chimiques, quantité de mouvement, énergie). On démontre que l’algorithme présenté possède au moins une solution et préserve les bornes physiques des inconnues; de plus on montre que toute suite de solutions approchées du système de lois de conservation converge (à une sous-suite près) vers une solution faible du problème continu. Dans le cas non-visqueux et pour des termes de réaction de plus en plus raides, le modèle doit dégénérer vers un modèle pour lequel la solution du problème de Riemann est établie. Les tests numériques effectués confirment que c’est bien le cas. Plusieurs discrétisation de l’opérateur convectifsont proposées afin de diminuer la diffusion numérique et améliorer la précision du schéma.La dernière partie de cette thèse est consacrée à l’approximation de solutions d’un système de lois de conservation qui, modélise l’écoulement réactif généré par la combustion de poussières, à faible nombre de Mach et en une dimension d’espace. Ce modèle comporte des termes de diffusion massique assez génériques, dont les coefficients de diffusion dépendent de la composition locale du mélange, et qui sont différents pour chaque espèce chimique. L’algorithme préserve par construction les propriétés de stabilité du problème continu, notamment la positivité des fractions massiques des espèces chimiques, le fait que leur somme est égale à l’unité et la non-décroissance de la température étant donné uneréaction chimique exothermique.

In this thesis we develop and analyze fractional step numerical schemes for reactive flows. The space discretization is staggered, using either the Marker-And Cell (MAC) scheme for structured grids, or a nonconforming low-order finite element approximation for general quadrangular, hexahedral or simplicial meshes.The first part of the thesis deals with the purely hydrodynamical part of the problem and proposes a numerical scheme for the compressible Navier-Stokes equations. For the energy balance equation, the scheme uses a discrete form of the conservation of the internal energy, which ensures that this latter variable remains positive; this relation includes a numerical corrective term, to allow the scheme to compute correct shock solutions in the Euler limit. The scheme is shown to have at least one solution, and to preserve the stability properties of the continuous problem irrespectively of the space and time steps. In addition, it naturally boils down to a usual projection scheme in the limit of vanishing Mach numbers. Numerical tests confirm its potentialities, both in the viscous incompressible and Euler limits.Then we turn to the computation of partially premixed compressible reactive flows. The discretization is based on a model that uses an explicit localization of the flame brush location by a level-set-like partial differential equation often referred to as the G-equation, coupled with the system of balance laws (chemical species, momentum, energy). The algorithm presented here is shown to possess at least one solution that preserves the physical bounds of the unknowns; furthermore, any sequence of approximate solutions to the discretized system of balance laws is shown to tend (up to a subsequence) to a weak solution of the continuous problem. In the inviscid case, the model should boil down, as the stiffness of reaction term increases, to a model for which a closed form of the solution of Riemann problems is available. Numerical tests are performed to show that this is indeed the case. Various discretizations of the convection operators are proposed in order to diminish the numerical diffusion which, especially in this case, affects the convergence speed of the scheme.The last part or the thesis is devoted to the approximation of solutions to a system of balance equations which models the low Mach number one- dimensional reactive flow generated by the combustion of a dust suspension. This model features rather general diffusion terms, with, in particular,mass diffusion coefficients that depend on the local composition and differ from one chemical species to another. The algorithm preserves by construction the stability properties of the continuous problem, namely the positivity of the chemical species mass fractions, the fact that they sum up to one, and the non-decrease of the temperature, provided that the chemical reaction is exothermic., Dans cette thèse on développe et analyse des schémas numériques de projection pour les écoulements réactifs. La discrétisation en espace est effectuée sur des maillages décalés, et elle utilise soit le schéma Marker-And-Cell (MAC) pour des maillages rectangulaires soit une approximation non-conforme des éléments finis pour des maillages génériques quadrangulaires, hexaédrales ou simpliciaux.La première partie de la thèse aborde la partie purement hydrodynamique du problème et propose un schéma numérique pour les équations de Navier-Stokes compressible. Pour le bilan de l’énergie, l’équation de conservation de l’énergie interne est discrétisée, ce qui garantit que celle-ci reste positive; cette relation contient un terme de correction numérique, qui permet au schéma de calculer la bonne vitesse des chocs dans la limite d’Euler. On montre que le schéma possède au moins une solution, et que dans tous les cas les propriétés de stabilité du problème continu sont préservées, indépendamment du pas d’espace et de temps. De plus, le schéma dégénère vers le schéma de projection usuel dans la limite des faibles nombres de Mach. Des test numériques confirment son bon comportement dans la limite non-visqueux incompressible ainsi que dans la limite d’Euler.On s’intéresse ensuite au calcul des écoulements compressible réactifs pour des fluides partiellement prémélangés. La discrétisation est basée sur un modèle qui utilise une localisation explicite du front de flamme `a travers une équation différentielle du type level-set, souvent appelée dans ce contexte équation G, couplée avec un système de lois de conservation (espèces chimiques, quantité de mouvement, énergie). On démontre que l’algorithme présenté possède au moins une solution et préserve les bornes physiques des inconnues; de plus on montre que toute suite de solutions approchées du système de lois de conservation converge (à une sous-suite près) vers une solution faible du problème continu. Dans le cas non-visqueux et pour des termes de réaction de plus en plus raides, le modèle doit dégénérer vers un modèle pour lequel la solution du problème de Riemann est établie. Les tests numériques effectués confirment que c’est bien le cas. Plusieurs discrétisation de l’opérateur convectifsont proposées afin de diminuer la diffusion numérique et améliorer la précision du schéma.La dernière partie de cette thèse est consacrée à l’approximation de solutions d’un système de lois de conservation qui, modélise l’écoulement réactif généré par la combustion de poussières, à faible nombre de Mach et en une dimension d’espace. Ce modèle comporte des termes de diffusion massique assez génériques, dont les coefficients de diffusion dépendent de la composition locale du mélange, et qui sont différents pour chaque espèce chimique. L’algorithme préserve par construction les propriétés de stabilité du problème continu, notamment la positivité des fractions massiques des espèces chimiques, le fait que leur somme est égale à l’unité et la non-décroissance de la température étant donné uneréaction chimique exothermique.

Our work is a contribution to the understanding of transport of solutes in a porous medium. It has applications in groundwater contaminant transport, CO2 sequestration, underground storage of nuclear waste, oil reservoir simulations. We derive expressions for the effective Taylor dispersion taking into account convection, diffusion, heterogeneous geometry of the porous medium and reaction phenomena. Microscopic phenomena at the pore scale are upscaled to obtain effective behaviour at the observation scale. Method of two-scale convergence with drift from the theory of homogenization is employed as an upscaling technique. In the first part of our work, we consider reactions of mass exchange type, adsorption/desorption, at the fluid-solid interface of the porous medium. Starting with coupled convection-diffusion equations for bulk and surface concentrations of a single solute, coupled via adsorption isotherms, at a microscopic scale we derive effective equations at the macroscopic scale. We consider the microscopic system with highly oscillating coefficients in a strong convection regime i.e., large Péclet regime. The presence of strong convection in the microscopic model leads to the induction of a large drift in the concentration profiles. Both linear and nonlinear adsorption isotherms are considered and the results are compared. In the second part of our work we generalize our results on single component flow to multicomponent flow in a linear setting. In the latter case, the effective parameters are obtained using Factorization principle and two-scale convergence with drift. The behaviour of effective parameters with respect to Péclet number and Damköhler number are numerically studied. Freefem++ is used to perform numerical tests in two dimensions., Ce travail est une contribution pour mieux comprendre le transport de solutés dans un milieu poreux. Ce phénomène se rencontre dans de nombreux domaines: transport de contaminants dans les eaux souterraines, séquestration du CO2, stockage souterrain des déchets nucléaires, simulations de réservoirs pétroliers. On obtient la dispersion effective de Taylor en tenant compte de la convection, de la diffusion, de la géométrie du milieu poreux et des réactions chimiques. Le but de la théorie d'homogénéisation est, à partir d'équations microscopiques, de dériver un modèle effectif à l'échelle macroscopique. Ici, on applique la méthode de convergence à deux échelles avec dérive pour arriver au comportement effectif. Dans un premier temps, on considère les réactions de type adsorption à la surface des pores. À l'échelle microscopique, le phénomène de transport est modélisé par des équations couplées de type advection-diffusion, une pour la concentration dans le fluide et l'autre pour la concentration à la surface de milieu poreux. Le couplage est fait par les isothermes d'adsorption. Le système microscopique avec des coefficients fortement oscillants est étudié dans un régime de forte convection i.e., dans un régime de grand nombre de Péclet. La présence de forte convection dans le modèle microscopique se traduit par l'apparition d'une large dérive dans les profils de concentrations. On considère à la fois l'isotherme linéaire et l'isotherme non linéaire et les résultats ainsi obtenus sont comparés. Dans la deuxième partie, on généralise nos résultats concernant le transport réactif d'un seul soluté à ceux de plusieurs solutés dans un cadre linéaire. Dans ce cas, les paramètres effectifs sont obtenus en utilisant le principe de Factorisation et la convergence à deux échelles avec dérive. On étudie numériquement le comportement des paramètres effectifs par rapport au nombre de Péclet et au nombre de Damköhler. On utilise Freefem++ pour effectuer des tests numériques en dimension deux.

The development of propulsive technologies requires the control of the thrust and, for some, the cooling regulation (hybrid engine and SCRamjet). The control approach can only be treated after having acquired a detailed understanding of coupled involved phenomena (heat and mass transfer and kinetic chemistry). The priority is to propose complementary tools (test bench, measurement methods and numerical codes) which should be of benefit to propose scientific knowledge suitable for applied topics. The work which has been achieved in this way is presented with corresponding applications to highlight its interest. Some similarities (combustion-pyrolysis coupling, effect of chemistry on heat and mass transfers) have been identified to propose a global research strategy based on the resolution of scientific lockers. The knowledge which has been obtained is wide enough to be applied to other applications, such as the study of vulnerability of fuel tank for composite airplane in case of fire., Le développement des technologies propulsives requiert la maîtrise de la régulation de poussée et parfois du refroidissement (propulsion hybride et hypersonique). Cet aspect de contrôle ne peut être abordé qu'après avoir développé une compréhension détaillée des phénomènes couplés mis en jeu (thermique, fluidique, cinétique chimique). La priorité est de proposer des moyens qui soient complémentaires entre eux (bancs d'essais, moyens de mesure, outils numériques) afin d'apporter de nouvelles connaissances scientifiques qui soient transposables à l'industrie. L'ensemble du travail mené dans cette optique est présenté ici en détaillant les applications visées. Ensuite, les similitudes identifiées entre celles-ci (couplage entre pyrolyse du carburant et combustion des produits, pilotage des phénomènes par la chimie) permettent de proposer une démarche globale de recherche portée par l'étude de certains verrous. Les connaissances ainsi développées sont assez larges pour être appliquées à d'autres systèmes, comme l'endommagement au feu des réservoirs de carburant en composite.

In order to improve the performance of aerospace propulsion systems, it is interesting to use detonation in the engine cycle. This thesis focuses on the development and use of a code for understanding the operation of a continuous detonation wave engine (CDWE). The first chapter establishes the framework of the study and compares the CDWE with different concepts of detonation engines. An overview of numerical simulations concerning the operation of a CDWE is made to justify the numerical approach to use. This numerical approach is detailed in the second chapter. The Euler equations, thermochemical models and kinetic mechanisms used in this study are presented. The third chapter describes the numerical methods implemented in the code. The 5th order WENO scheme is used for the evaluation of numerical fluxes. The time-stepping is provided by the 2nd order semi-implicit ASIRK2C scheme or the 3rd order explicit RK3 scheme. The fourth chapter describes the technique of adaptive mesh refinement (AMR) and the selected library. The code is tested in the fifth chapter on different cases and applied to the simulation of a detonation wave in order to prepare the simulations presented in the last chapter. The sixth chapter presents the results of simulations of a CDWE. The 2D structure of a continuous detonation wave is presented and compared with the 3D structure. The influence of the radius of the curvature of the duct and the effect of a slot injection on the structure of the flowfield are discussed., Dans le but d’améliorer le rendement des propulseurs aérospatiaux, on s’intéresse à l’utilisation de ladétonation dans le cycle moteur. Cette thèse porte sur le développement et l’utilisation d’un codepour la compréhension du fonctionnement d’un moteur à détonation continue (CDWE). Le 1erchapitre place le cadre de l’étude, et positionne le CDWE par rapport à différents concepts demoteurs à détonation. Un état des lieux des simulations numériques concernant le fonctionnementd’un CDWE est établi afin de justifier l’approche numérique à utiliser. Cette approche numérique estdétaillée dans le 2e chapitre. Les équations d’Euler, les modèles thermochimiques, ainsi que lesschémas cinétiques utilisés dans cette étude y sont présentés. Le 3e chapitre décrit les méthodesnumériques implémentées dans le code. Le schéma WENO d’ordre 5 est utilisé pour l’évaluation desflux numériques. L’avancement temporel est assuré par le schéma semi-implicite d’ordre 2 ASIRK2Cou explicite d’ordre 3 RK3. Le 4e chapitre est consacré à la technique de raffinement adaptatif demaillage (AMR) et à la bibliothèque choisie. Le code est testé dans le 5e chapitre sur différents cas etappliqué à la simulation d’une onde de détonation afin de préparer les simulations présentées dans ledernier chapitre. Le 6e chapitre présente les résultats des simulations d’un CDWE. La structure 2Dd’une onde de détonation continue est présentée et comparée avec la structure 3D. L’influence durayon de courbure du canal et l’effet d’une injection par une fente sur la structure de l’écoulementsont étudiés.

This work is devoted to the study of the propagation and the structure of two-phases turbulentflames. To this end, Direct Numerical Simulations (DNS) are used. First, numerical systems for two-phases flow simulations is presented along with a specific chemical model. Then, a study of laminar spray flames is carried out. An analytical study related to the dynamics of evaporation of droplets is first proposed where the influence on the equivalence ratio of the ratio between the heating delay of the droplet and the evaporation delay is detailed. The simulation of a propagating flame through a cloud of droplets is carried out and a pulsating behavior is highlighted. A study of these flames according to the topology of liquid fuel enabled us to caracterize a double flame structure composed of a premixed flame and a diffusion flame. Our last study is devoted to spray turbulent flames. Two-phase combustion of turbulent jets has been simulated. By varying the spray injection parameters (density, equivalence ratio), a database has been generated. This database allowed us to describe local and global flame regimes appearing in the combustion of sprays. They have been categorized in four main structures : open and closed external regime, group combustion and mixed combustion. Eventually, a combustion diagram has been developed. It involves the spray vaporization time, the mean inter-space between droplets or group of droplets and eventually the injected equivalence ratio., Ce travail est consacré à l'étude de la propagation et de la structure des flammes dans le cas des écoulements turbulents diphasiques. Pour cela, un code de simulation numérique directe (DNS) est utilisé. Les équations et le modèle chimique employés dans le code de DNS sont tout d'abord présentés. Ensuite, une étude des flammes diphasiques laminaires est réalisée. Dans un premier temps, une étude analytique portant sur la dynamique d'évaporation des gouttes est proposée. L'influence importante sur le mode de combustion du rapport entre le temps de préchauffage de la goutte et le temps d'évaporation, est mise en évidence. La simulation de la propagation d'une flamme au sein d'un nuage de gouttes est réalisée et un comportement de flamme pulsée est abordée. Une étude de ces flammes en fonction de la topologie du combustible liquide nous a permis de montrer qu'elles avaient une structure de flamme double composée d'une flamme de prémélange suivie d'une flamme de diffusion. L'étude des flammes turbulentes diphasiques fait l'objet de notre dernière étude. Des DNS de l'injection de sprays monodisperses sont effectuées en variant les paramètres d'injection de la phase liquide (densité, rapport d'équivalence). La base de données obtenue nous permet de décrire les régimes de flamme locaux et globaux apparaissant dans la combustion de sprays, et qui sont répertoriés en quatre familles principales : régime externe ouvert et fermé, combustion de groupe et combustion mixte. Enfin, un diagramme de combustion est développé, impliquant le temps d'évaporation des gouttes, la distance inter-gouttes ou inter-groupes de gouttes, et enfin le rapport d'équivalence injecté.

Numerical simulation of industrial reactor promises to be a precious tool that could help in prospecting new mixing technologies, in scaling-up and optimising reactors. Fast reactions, such as polymerisation and precipitations, are difficult to handle when mixing processes and reactions strongly interacts. This work aims at evaluating and validating reactive flow simulation for chemical engineering reactors using a special method which is able to take into account mixing reaction interaction for fast reactions. This method is based on solving Navier-Stokes equations in turbulent flow and then on solving the transport equation of the jointtcomposition Probability Density Function (PDF) with a Monte-Carlo solver. The validation is carried-out on a semi-batch Taylor-Couette precipitator. Each calculation step is validated. Finally, comparison between experiment and simulation proved that the method we chose has to be handle with special cares. Calculation has to be validated and 2 model constants have to be fitted and chemical kinetics known quite precisely. Besides, Monte-Carlo algorithm produces numerical noise which can highly affect reliability of the results. The calculation of the specific studied reactor didn'nt give completely good agreement with experiments. Nevertheless, the discrepancy is assigned not to the numerical approach but to the fact that the studied reactive flow is rather tricky to be calculated.; La simulation numérique de réacteurs industriels promet de devenir un outil précieux aidant à prospecter de nouvelles technologies de mélange, à dimensionner et à optimiser les conditions de fonctionnement du réacteur. Ces calculs deviennent difficiles dans le cas de réactions rapides (polymérisations anioniques, précipitations) où existe un fort couplage entre la réaction chimique et le mélange. Ce travail de thèse a pour but d'évaluer et de valider la simulation d'écoulements réactifs pour des applications de génie chimique avec une méthode que nous avons choisie pour sa capacité à tenir compte des interactions entre processus de mélange turbulent et réactions chimiques rapides. La méthode sélectionnée est une méthode basée sur la résolution numérique des équations de Navier-Stokes en milieu turbulent et l'équation de transport de la fonction de densité de probabilité jointe de la composition (PDF) à l'aide d'un algorithme de Monte-Carlo. L'évaluation s'est faite sur un réacteur de précipitation semi-batch de type Taylor-Couette. Chaque étape du calcul a été validée expérimentalement. Au terme de ce travail, il a été montré que l'emploi de ce type d'approche pour le calcul d'un réacteur industriel est hasardeux et délicat. Il demande une validation de l'écoulement, le calage de 2 constantes de modélisation et la connaissance précise des cinétiques de réaction. Enfin, l'utilisation d'un algorithme de type Monte-Carlo engendre un bruit numérique qui selon le type d'écoulement peut nuire à la fiabilité des résultats. Le cas traité n'a pas donné des résultats totalement conformes à l'expérience. La méthode numérique utilisée n'est pas pour autant remise en question car le cas traité était par nature délicat

Numerical simulation of industrial reactor promises to be a precious tool that could help in prospecting new mixing technologies, in scaling-up and optimising reactors. Fast reactions, such as polymerisation and precipitations, are difficult to handle when mixing processes and reactions strongly interacts. This work aims at evaluating and validating reactive flow simulation for chemical engineering reactors using a special method which is able to take into account mixing reaction interaction for fast reactions. This method is based on solving Navier-Stokes equations in turbulent flow and then on solving the transport equation of the jointtcomposition Probability Density Function (PDF) with a Monte-Carlo solver. The validation is carried-out on a semi-batch Taylor-Couette precipitator. Each calculation step is validated. Finally, comparison between experiment and simulation proved that the method we chose has to be handle with special cares. Calculation has to be validated and 2 model constants have to be fitted and chemical kinetics known quite precisely. Besides, Monte-Carlo algorithm produces numerical noise which can highly affect reliability of the results. The calculation of the specific studied reactor didn'nt give completely good agreement with experiments. Nevertheless, the discrepancy is assigned not to the numerical approach but to the fact that the studied reactive flow is rather tricky to be calculated., La simulation numérique de réacteurs industriels promet de devenir un outil précieux aidant à prospecter de nouvelles technologies de mélange, à dimensionner et à optimiser les conditions de fonctionnement du réacteur. Ces calculs deviennent difficiles dans le cas de réactions rapides (polymérisations anioniques, précipitations) où existe un fort couplage entre la réaction chimique et le mélange. Ce travail de thèse a pour but d'évaluer et de valider la simulation d'écoulements réactifs pour des applications de génie chimique avec une méthode que nous avons choisie pour sa capacité à tenir compte des interactions entre processus de mélange turbulent et réactions chimiques rapides. La méthode sélectionnée est une méthode basée sur la résolution numérique des équations de Navier-Stokes en milieu turbulent et l'équation de transport de la fonction de densité de probabilité jointe de la composition (PDF) à l'aide d'un algorithme de Monte-Carlo. L'évaluation s'est faite sur un réacteur de précipitation semi-batch de type Taylor-Couette. Chaque étape du calcul a été validée expérimentalement. Au terme de ce travail, il a été montré que l'emploi de ce type d'approche pour le calcul d'un réacteur industriel est hasardeux et délicat. Il demande une validation de l'écoulement, le calage de 2 constantes de modélisation et la connaissance précise des cinétiques de réaction. Enfin, l'utilisation d'un algorithme de type Monte-Carlo engendre un bruit numérique qui selon le type d'écoulement peut nuire à la fiabilité des résultats. Le cas traité n'a pas donné des résultats totalement conformes à l'expérience. La méthode numérique utilisée n'est pas pour autant remise en question car le cas traité était par nature délicat