La cavitation hydrodynamique, et plus particulièrement la cavitation à poche attachée, peut apparaitre et se développer dans des écoulements turbulents complexes à l’intérieur de décollements de la couche limite laminaire. Ce phénomène s’avère être également sensible aux autres gaz présents dans l’écoulement comme l’air. Pour mieux comprendre l’attachement de poches de cavitation dans des décollements laminaires et l’influence de l’air sur celles-ci, nous proposons d’étudier des écoulements laminaires décollés d’huiles silicones visqueuses, contenant une grande quantité d’air, autour d’une géométrie Venturi lisse. Dans notre étude nous observons l’apparition de plusieurs types de poches, d’air ou de vapeur, qui peuvent s’attacher dans différents décollements de l’écoulement laminaire. Le dégazage joue alors un rôle important à hautes pressions, générant des poches d’air attachées présentant des dynamiques particulièrement intéressantes.À très basses pressions, des poches de cavitations peuvent s’attacher provoquantselon la stabilité de l’écoulement une transition à un régime transitionnel laminaire/turbulent dans leurs sillage. Cette même transition peut également apparaitre de façon intermittente à plus hautes pressions dans le sillage d’une bulle d’air recirculante, caractéristique du dégazage dans les écoulement laminaires décollés. Le régime transitionnel laminaire/turbulent, beaucoup moins sensible au dégazage, est caractérisé par de la cavitation de tourbillons, générés à hautes fréquences, dans le sillage d’un bulbe de décollement laminaire “court” le long de la pente du Venturi. Le bulbe se développe jusqu’à transitionner brutalement en bulbe “long” pour une taille de poche assez élevée, on peut associer ce phénomène à la supercavitation. / Hydrodynamic cavitation, more specifically attached cavitation, can emerge et develop in complex turbulent flows within laminar boundary layer separations. This phenomenon might be extremely sensitive to the gaz content in the flow. For an easier understanding of the attachment of cavities into laminar separated flows within the influence of air content, we propose to focus our study on viscous silicon oil laminar separated flows, presenting high gas content, within a smooth Venturi geometry. In this study, the inception of several types of attached cavities, filled with air or oil vapor, can be observed into different laminar flow separations. For high pressures, the degassing phenomenon is dominant in the flow, generating attached cavities filled with air presenting interesting dynamics. For low pressures, attach vapor cavities can emerge inducing, if the flow is unstable, the transition to laminar/turbulent transitioning regime in their wake. This transition can also occurs intermittently at higher pressures in the wake of a recirculating air bubble, characteristic to degassing into laminar separated flows. The laminar/turbulent transitioning regime, less sensitive to degassing, is characterized by vortex cavitation, occurring at high frequencies, at the rear of a “short” laminar separation bubble along the divergent Venturi slope. The “short” laminar separation bubble grows until transitioning to a “long” bubble within an large attached cavity. This transition can be associate to thesupercavitation phenomenon.

Le décrochage est un phénomène aérodynamique instationnaire susceptible d'apparaître sur de nombreux profils aérodynamiques. Il résulte d'un décollement important de l'écoulement vis-à-vis de la paroi de l'aile et dégrade considérablement les performances de vol. Sur certains profils de pales d'hélicoptères, d'éoliennes ou de rotors, ce phénomène se produit dans des conditions d'utilisation normales et justifie la recherche de méthodes de modélisation accessibles industriellement. Le décrochage est initié au bord d'attaque par l'apparition d'une petite région de recirculation de fluide appelée bulbe de décollement laminaire où l'écoulement transitionne de l'état laminaire vers l'état turbulent. Ce phénomène encore mal connu met en jeu transition et écoulements hors équilibre auxquels les outils de modélisation RANS habituellement employés ne sont pas adaptés. Dans cette étude, un bulbe transitionnel typique d'un écoulement de bord d'attaque de pale d'hélicoptère (profil OA209 à un nombre de Reynolds Rec∞=1.8x106 et 15° d'incidence) est isolé sur une plaque plane. Une simulation DNS de cet écoulement est réalisée à l'aide du logiciel FUNk de l'ONERA afin de servir de base de données pour l'amélioration des modèles RANS. L'évolution des bilans de l'équation de transport de l'énergie cinétique turbulente ainsi que les principales hypothèses RANS (isotropie de la turbulence, Boussinesq, équilibre production/dissipation) sont analysées. Une étude des principaux modèles RANS développés dans le logiciel elsA de l'ONERA est ensuite réalisée en pondérant les grandeurs turbulentes par une fonction de transition reproduisant l'intermittence de la turbulence. Le modèle k-ω de Wilcox couplé à une fonction de transition optimisée a donné les résultats les plus proches de la DNS et a donc été l'objet d'une analyse plus approfondie, notamment une évaluation des principales équations bilans et une application de ce modèle et de sa méthode de transition à un cas de transition naturelle de plaque plane.

Le décrochage est un phénomène aérodynamique instationnaire susceptible d'apparaître sur de nombreux profils aérodynamiques. Il résulte d'un décollement important de l'écoulement vis-à-vis de la paroi de l'aile et dégrade considérablement les performances de vol. Sur certains profils de pales d'hélicoptères, d'éoliennes ou de rotors, ce phénomène se produit dans des conditions d'utilisation normales et justifie la recherche de méthodes de modélisation accessibles industriellement. Le décrochage est initié au bord d'attaque par l'apparition d'une petite région de recirculation de fluide appelée bulbe de décollement laminaire où l'écoulement transitionne de l'état laminaire vers l'état turbulent. Ce phénomène encore mal connu met en jeu transition et écoulements hors équilibre auxquels les outils de modélisation RANS habituellement employés ne sont pas adaptés. Dans cette étude, un bulbe transitionnel typique d'un écoulement de bord d'attaque de pale d'hélicoptère (profil OA209 à un nombre de Reynolds Rec∞=1.8x106 et 15° d'incidence) est isolé sur une plaque plane. Une simulation DNS de cet écoulement est réalisée à l'aide du logiciel FUNk de l'ONERA afin de servir de base de données pour l'amélioration des modèles RANS. L'évolution des bilans de l'équation de transport de l'énergie cinétique turbulente ainsi que les principales hypothèses RANS (isotropie de la turbulence, Boussinesq, équilibre production/dissipation) sont analysées. Une étude des principaux modèles RANS développés dans le logiciel elsA de l'ONERA est ensuite réalisée en pondérant les grandeurs turbulentes par une fonction de transition reproduisant l'intermittence de la turbulence. Le modèle k-ω de Wilcox couplé à une fonction de transition optimisée a donné les résultats les plus proches de la DNS et a donc été l'objet d'une analyse plus approfondie, notamment une évaluation des principales équations bilans et une application de ce modèle et de sa méthode de transition à un cas de transition naturelle de plaque plane. / The stall is an unsteady aerodynamic phenomenon that may occur on many aerodynamic profiles. It consists in a large separation of the flow from the wall of the wing and significantly deteriorates the flight performances. On some blade profiles such as helicopters, turbines or rotors, this phenomenon occurs under normal conditions of use and justifies the research of industrially accessible modeling methods. The stall is initiated at the leading edge by the appearance of a small region of fluid recirculation called a “laminar separation bubble” where the flow transitions from the laminar to the turbulent state. This still poorly understood phenomenon involves transition and non-equilibrium flows for which commonly used RANS modeling tools are not suitable. In this study, a transitional bubble typical of an helicopter leading edge flow (OA209 profile at a Reynolds number Rec∞=1.8x106 and 15° of incidence) is reproduced on a flat plate. A DNS simulation of this flow is performed using the ONERA FUNk software to serve as a database for RANS models improvements. The evolution of turbulent kinetic energy budgets as well as the main RANS assumptions (isotropy of turbulence, Boussinesq hypothesis, production/dissipation balance) are analyzed. The main RANS models developed in the ONERA elsA software are then studied by weighting the turbulent quantities with a transition function reproducing the intermittency of the turbulence. The k-ω Wilcox model coupled with an optimized transition function gave the best results and was therefore kept for a more in-depth analysis, including an assessment of the main budgets and an application of this model and its transition method to a natural transition test case on a flat plate.

Les recherches sur les instationnarités des Interactions Ondes de Choc Couches Limites (IOCCL) turbulentes ont permis une description détaillée de celles-ci tant expérimentalement que numériquement . Ceci a conduit à plusieurs schémas susceptibles d'expliquer les respirations à basses fréquences observées dans de tels écoulements. Les configurations avec des conditions amont laminaires ou transitionnelles ont été moins étudiées.Dans le cadre du programme Européen TFAST, un important effort a été mené afin de développer des dispositifs expérimentaux, conjointement à des simulations numériques, permettant une étude détaillée de ces configurations. Dans le cadre de cette thèse, on a mis en place une configuration de réflexion d'onde de choc sur une couche limite laminaire pour un nombre de Mach de 1.68. L'utilisation des métrologies classiques (Anémométrie Laser Doppler, Anémométrie Fil Chaud), adaptées à ces conditions expérimentales particulières, a permis de décrire les propriétés spatio-temporelles de ces écoulements. Le champ moyen a été caractérisé et comparé aux théories classique et aux résultats obtenus dans différentes souffleries.Un schéma décrivant le mécanisme de transition à la turbulence au sein de l'interaction a été développé. Sa sensibilité aux conditions amont a été étudiée en plaçant des perturbations en amont de l'interaction. Dans tous les cas, des instationnarités convectives (haute fréquence) et stationnaires (basse fréquence) ont été observées et comparées à celles existantes pour les configurations amont turbulentes. Une gamme intermédiaire d'instationnarités convectives (moyenne fréquence) a été mise en évidence et caractérisée. / Research dedicated to the study of the unsteadiness of turbulent Shock Wave Boundary Layer Interaction (SWBLI) has allowed a detailed description of this kind of interaction both experimentally and numerically. Several scenario were proposed to explain the low frequency unsteadiness observed in separated SWBLI. Nevertheless, the literature on this kind of flow involving either upstream laminar or transitional conditions is quite reduce. Within the framework of the European TFAST program, an important effort was made to develop experimental devices, in conjunction with numerical simulations, allowing a detailed study of these laminar or transitional configurations. In particular, within the framework of this thesis, a shock wave reflection configuration on a laminar boundary layer was set-up, with a nominal free stream Mach number of 1.68. Using classical metrology (Laser Doppler Anemometry, Hot WireAnemometry) that have been adapted to these particular experimental conditions, we have been able to describe the spatio-temporal properties of the interaction. The mean field has been characterized and compared with the classical theories and the results obtained in other configurations.A model describing the transition mechanisms to turbulence within the interaction has been developed. Its sensitivity to upstream conditions was studied by placing perturbations upstream of the interaction. In all cases, convective (high frequency) and stationary (low frequency) unsteadiness were observed and compared with those existing for upstream turbulent configurations. An intermediate range of convective unsteadiness (medium frequency) has been demonstrated and characterized.