Cette thèse est dédiée à la description et à l'analyse mathématique de phénomènes d'hétérogénéités et de congestion dans les modèles de la mécanique des fluides.On montre un lien rigoureux entre des modèles de congestion douce de type Navier-Stokes compressible qui intègrent des forces de répulsion à très courte portée entre composants élémentaires; et des modèles de congestion dure de type compressible/incompressible décrivant les transitions entre zones libres et zones congestionnées.On s'intéresse ensuite à la modélisation macroscopique de mélanges formés par des particules solides immergées dans un fluide.On apporte dans ce cadre une première réponse mathématique à la question de la transition entre les régimes de suspensions dictés par les interactions hydrodynamiques et les régimes granulaires dictés par les contacts entre les particules solides.On met par cette démarche en évidence le rôle crucial joué par les effets de mémoire dans le régime granulaire.Cette approche permet également un nouveau point de vue pour l'étude mathématique des fluides avec viscosité dépendant de la pression.On s'intéresse enfin à la modélisation microscopique et macroscopique du trafic routier.Des schémas numériques originaux sont proposés afin de reproduire des phénomènes de persistance d'embouteillages. / This thesis is dedicated to the description and the mathematical analysis of heterogeneities and congestion phenomena in fluid mechanics models.A rigorous link between soft congestion models, based on the compressible Navier--Stokes equations which take into account short--range repulsive forces between elementary components; and hard congestion models which describe the transitions between free/compressible zones and congested/incompressible zones.We are interested then in the macroscopic modelling of mixtures composed solid particles immersed in a fluid.We provide a first mathematical answer to the question of the transition between the suspension regime dictated by hydrodynamical interactions and the granular regime dictated by the contacts between the solid particles.The method highlights the crucial role played by the memory effects in the granular regime.This approach enables also a new point of view concerning fluids with pressure-dependent viscosities.We finally deal with the microscopic and the macroscopic modelling of vehicular traffic.Original numerical schemes are proposed to robustly reproduce persistent traffic jams.

Lorsqu’un liquide est soumis à de fortes dépressions, des bulles de gaz etde vapeur peuvent apparaître en son sein. Ce phénomène est appelé cavitation Ces bulles sont susceptibles d’imploser dans les zones de surpression etd’endommager les parois solides environnantes à travers la création d’écoulements violents. Dans les applications industrielles, ce phénomène d’érosionpar cavitation peut réduire la durée de vie des machines hydrauliques. Dans ledomaine biomédical, le phénomène d’érosion par onde de choc est utilisé pourl’ablation de tissus mous ou la destruction de calculs rénaux.Dans ce travail, à caractère numérique, nous nous intéressons à une bulled’air isolée implosant au voisinage d’une paroi déformable sous l’effet d’unesurpression générée par une onde de choc incidente. Le travail de thèse aconsisté à mettre en place un couplage fluide structure pour simuler le phénomène d’implosion de la bulle dans la partie fluide et la déformation plastiqueengendrée dans la partie solide. Pour cela, une stratégie en deux étapes a étémise en oeuvre. La première étape a consisté à construire un code fluide avecmaillage mobile pour gérer le déplacement de l’interface fluide/solide. Le codedéveloppé est dérivé du modèle numérique développé par Eric Johnsen et al.à University of Michigan dans lequel nous avons implémenté une méthodeALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) permettant de passer d’une descriptioneulérienne sur maillage fixe à une description eulérienne sur maillage mobile.La seconde étape a consisté à modéliser la déformation élasto-plastique de lapartie solide au cours de l’implosion de la bulle grâce à un couplage fort ducode fluide avec le logiciel CAST3M. La communication entre les deux codesutilise la bibliothèque MPI.A l’issue du couplage, nous avons été en mesure de simuler l’implosiond’une bulle d’air à proximité d’une paroi déformable. Nous avons pu calculerle niveau de déformation de la paroi solide ainsi que l’amortissement de la sur-pression en paroi pour plusieurs matériaux. L’outil numérique ainsi développépermettra à terme d’étudier le comportement de revêtements amortissants capables de protéger des structures industrielles de l’érosion de cavitation oud’optimiser les effets bénéfiques des traitements par onde de choc dans lesapplications biomédicales. / His numerical work focuses on the collapse of a single air bubble close to adeformable wall generated by the impact of an incident high-pressure wave. A CFD code was fully coupled to a FEM solid code in order to compute the bubble collapse and the subsequent plastic deformation in the material. The CFD code was developed from the numerical model of Johnsen et al. (University of Michigan). A mobile mesh capability was added in order to account for the displacement of the fluid-structure interface. An ALE (Arbitrary LagrangianEulerian) method was implemented to switch from an Eulerian description in a fixed mesh to an Eulerian description in a moving mesh. The solid response to bubble collapse was computed with the FEM software CAST3M (developed by CEA) assuming an elastic-plastic constitutive law for the material. The communication between the two codes is achieved through the MPI library.For the CFD code, bubble collapse dynamics was validated by comparison with two others codes: research software CaviFlow and commercial software Ansys Fluent. The coupling between the CFD and the FEM code was validated on the case of the impact of a wave on an elastic medium.The paper will present a detailed analysis in 2D of both the dynamics of bubble collapse and solid behaviour for various conditions. They were obtained by changing the amplitude of the incident shock wave, the standoff distance and the material properties. Special attention will be given to the shock wave that forms when the microjet hits the bubble interface and to the impact of this shock wave on the material surface. In particular, the damping of the impactpressure with respect to a perfectly rigid wall was computed as well as the plastic deformation of the material surface. These final data gave us crucial information about the requirement of taking account of fluid-structure interaction in numerical modeling of cavitation erosion.

La Société le Nickel ’SLN’ est l’un des plus grands exploitants de nickel en Nouvelle Calédonie. Le Stockage des déchets de l’exploitation minière sur le site d’exploitation se fait sous forme de tas manufacturés appelés versants. Pour assurer la stabilité de ces versants, il est nécessaire d’assurer un stockage hors d’eau de ces stériles miniers. Pour se faire, une mise en place des ouvrages en enrochement enterrés se fait au fur et à mesure de l’avancement des travaux d’installation des versants. Le rôle de ces ouvrages enterrés est de maintenir l’écoulement d’eau à travers le milieu poreux. Le premier objectif de la thèse est donc de mieux comprendre les interactions hydrodynamiques dans les milieux très perméables dans le cas d’écoulements pleinement turbulents. La première partie de ce travail concerne une étude expérimentale menée à l’Institut National Agronomique de Tunisie (INAT) mais aussi à l’Institut de mécanique de fluide de Toulouse (IMFT) dont le but est d’étudier à la fois l’évolution de la ligne d’eau dans les milieux macroporeux et la variation de la perméabilité de ces derniers en fonction du nombre de Reynolds. Des simulations avec des modèles de perte de charge les plus utilisés dans la littérature ont été effectuées, pour tester leur capacité à reproduire la ligne d’eau dans les conditions de nos expériences. Les deux relations de Forchheimer (1901) et d’Ergun (1952) donnent des résultats proches de nos expériences avec des valeurs de coefficients adaptés pour notre cas, alors que la relation de Barree et Conway (2004) ne semble pas reproduire les résultats attendus. L’eau qui circule dans les ouvrages enterrés est une eau chargée d’où l’intérêt d’étudier le transport sédimentaire dans ces milieux macroporeux. Pour se faire, une étude expérimentale a été réalisée sur le transport et le dépôt des particules dans des milieux synthétiques constitués de particules de diamètre moyen de 15 cm

Le travail présenté dans cette thèse s'inscrit dans la problématique générale du stockage souterrain des déchets radioactifs Nous nous intéressons au problème du drainage hyperlent qui est lié à la production de gaz, de l'hydrogène principalement, au sein du site de stockage. Bien que très faible en flux, d'où le caractère hyperlent du drainage, cette production représente des quantités significatives de gaz étant donné qu'elle s'opère sur des milliers d'année. L'étude est effectuée dans le cadre de la théorie de la percolation d'invasion en gradient. Nous montrons tout d'abord que ce processus de drainage est modélisable avec le modèle diphasique classique basé sur les lois de Darcy généralisées. Une étape essentielle concerne alors la spécification des paramètres de ce modèle. Nous montrons comment ils doivent être spécifiés en s'appuyant sur les comportements asymptotiques prévus par la théorie de la percolation pour un milieu infini. La solution obtenue indique que le drainage hyperlent fonctionne au voisinage de la pression de percée, qui fait l'objet d'une étude particulière, et est caractérisé par une faible désaturation du milieu et une grande sensibilité à la spécification des paramètres du modèle dans la gamme des très fortes saturations en fluide mouillant. Dans une deuxième partie nous étudions l'impact des couplages fluide structure à l'échelle du réseau de pores en couplant un modèle de réseau de pores à un modèle de réseau de ressorts interconnectés. Les simulations basées sur ce modèle indiquent un changement profond de la figure d'invasion par rapport au cas rigide avec l'auto-génération de chemins préférentiels lorsque les couplages sont suffisamment forts. / The work presented in this manuscript is motivated by the study of nuclear waste underground repository. In this context, we study the hyperslow drainage problem, which is related to the gas production, mainly hydrogen, taking place within the repository. Although the gas production rate is quite small, and thus the drainage hyperslow, the amount of produced gas is quite significant because the production takes place over thousands years. The study is performed within the framework of the theory of invasion percolation in a gradient. We first show that the hyperslow drainage process can be modelled using the traditional two-phase flow model based on the generalized Darcy's law. A crucial step is then to specify properly the parameters of the model. We show how they must be specified from the asymptotic behaviours of the parameters for an infinite medium as predicted by percolation theory. The obtained solution indicates that the hyperslow drainage operates in the vicinity of breakthrough pressure, which is the subject of a specific study. Furthermore, the hyperslow drainage is characterized by a weak desaturation of the medium and a great sensitivity to the model parameters in the range of high wetting fluid saturation. We also study the impact of coupling between the flow and the local deformation of porous matrix at the pore network scale from numerical simulations using a model coupling a pore network model and a deformation model based on a system of interconnected springs. The simulations indicate a major change of the invasion pattern compared to the rigid matrix with the self-generation of invasion preferential paths when the coupling is sufficiently strong.

L'augmentation du trafic aérien à proximité des zones à forte densité démographique impose aux constructeurs aéronautiques de développer des appareils de plus en plus silencieux. Les systèmes propulsifs figurent parmi les principaux contributeurs du rayonnement acoustique des aéronefs. Plus particulièrement, il est admis que la chambre de combustion est responsable d'une génération acoustique large-bande et basse fréquence. Deux principaux mécanismes générateurs de bruit ont été identifié dans les moteurs d'avions dans les années 70. Le premier correspond à l'émission d'ondes acoustiques par le dégagement de chaleur instationnaire induit par la combustion turbulente au sein de la chambre, bruit qualifié de direct. Le second mécanisme est la génération acoustique dans les étages de turbine par l'accélération des fluctuations de températures et de vorticité crées par la flamme et l'écoulement turbulent dans la chambre, bruit qualifié d'indirect. Ces deux mécanismes ont été largement mis en évidence au travers de travaux académiques analytiques, expérimentaux et numériques. Par contre, l'importance du bruit de combustion sur des moteurs réels a été peu étudiée. Dans ce travail, une méthodologie de calcul basée sur des simulations aux grandes échelles de chambres de combustion couplées à une méthode analytique pour calculer le bruit de combustion dans une configuration réelle est évaluée. Cette chaîne de calcul nommée CONOCHAIN est comparée aux résultats expérimentaux analysés dans cette thèse et issus du projet TEENI (projet européen FP7) où un moteur complet TURBOMECA a été instrumenté pour identifier les sources de bruits large-bandes. Dans un premier temps, un secteur de la chambre TEENI est calculée pour deux points de fonctionnements expérimentaux. Ensuite, la chambre annulaire complète est simulée au point de fonctionnement maximal pour évaluer l'apport du champ aérodynamique complet sur la prédiction du bruit. Enfin, les niveaux de bruits direct et indirect sont calculés, à partir des fluctuations extraites des précédentes simulations en sortie de brûleur, dans les étages de turbines et comparés aux données expérimentales. / The growth of air traffic at the vicinity of areas at high population density imposes to make quieter aircrafts on aeronautical manufacturers.The engine noise is one of the major contributors to the overall sound levels. Furthermore, the combustion is known to be responsible for a broadband noise generation at low-frequency. The combustion noise can be put into two main mechanisms. The first one is the emission of sound pulses by the unsteady heat release of the combustion process and is called the direct combustion noise. The second one is the generation of acoustic waves within the turbine stages by the acceleration of the temperature inhomogeneities and vorticity waves induced by the combustion and the turbulent flow within the combustor. This noise is the indirect combustion noise. These mechanisms were fully investigated in academic cases using experimental, analytical and numerical approaches contrary to the combustion noise within real engines. In this work, a hybrid approach called CONOCHAIN and based on LES of combustion chamber and an analytical disk theory to compute the combustion noise in a real turboshaft engine is evaluated. The predicted noise levels are compared with the experimental results obtained from a TURBOMECA engine in the framework of TEENI project (European project FP7) and analysed in this work where a turboshaft engine was instrumented to locate and identify the broadband noise sources. Two LES of a single sector of the TEENI combustion chamber representative of two experimental operating points are performed as well as a LES of the full-scale combustor at high power. The unsteady fields provided by the LES are used to compute direct and indirect combustion noise within the turbine stages in both cases and compared with the experimental results.

Les filtres plissés à très haute efficacité (THE) jouent un rôle essentiel dans le maintien du confinement des installations industrielles à risques, les réacteurs nucléaires par exemple. Ces filtres permettent le piégeage des aérosols, qui sont la principale source de contamination externe. Dans ce cadre, l’IRSN (Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire) conduit des études pour caractériser les performances des filtres THE. L’objectif de la présente thèse a été de développer un modèle prédictif décrivant l’évolution de la résistance aéraulique du filtre au cours de son colmatage. Le colmatage d’un filtre plissé THE est piloté, d’une part par les conditions aérauliques imposées dans les réseaux de ventilation, d’autre part par la nature du média et les propriétés des particules collectées par le filtre. Ainsi, les travaux réalisés ont été répartis sur deux volets. La première partie a été dédiée à l’étude de l’aéraulique du filtre suivant une approche double expérimentale et numérique. Un banc expérimental permettant de mesurer les champs de vitesse dans un pli de filtre plissé THE a été développé. Les mesures réalisées ont servi à la validation des codes de calcul utilisés (ANSYS CFX® et GeoDict®) et au développement d’un modèle de perte de charge initiale des filtres plissés vierges. Une validation du modèle à l’échelle de filtres complets avec des géométries différentes a ensuite été effectuée. La deuxième partie a porté sur l’étude du colmatage des filtres plissés THE suivant une approche expérimentale et numérique. Un banc expérimental a été développé pour la détermination des paramètres entrant en jeu dans les modèles de colmatage (porosité, taille de particules …), puis des simulations numériques à l’aide du logiciel GeoDict ont été réalisées pour caractériser la croissance du dépôt sur la média. La combinaison des résultats expérimentaux et numériques a conduit au développement d’un modèle décrivant l’évolution de la résistance aéraulique du filtre THE au cours de son colmatage avec des particules microniques / High Efficiency Particulate Air (HEPA) pleated filters are used to ensure the containment of airborne contamination within nuclear facilities. These filters are often the last barrier before a potential release of radioactive substances into the environment. Predicting their performances (pressure drop and efficiency) is a main thrust of research for IRSN which aims at avoiding any unexpected failure of those devices on French nuclear facilities. The clogging phenomenon is mainly influenced, on one side, by the flow conditions imposed in the ventilation network and, on the other side, by the media characteristics and the particles properties which are collected by the filter. Consequently, the work carried out has been divided into two parts. In the first part, we focused on the study of the airflow behavior within a HEPA pleated filter with an experimental and numerical approach. An experimental bench has been developed to measure the airflow field at the entrance channel of a HEPA filter pleat. Then, the experimental measurements have been used to validate GeoDict® and ANSYS CFX® simulations. The combination of the experimental and the numerical results have been used to develop a model to predict the evolution of the initial HEPA filter pressure drop. The work performed in the second part deals with the clogging of the filter. An experimental bench, dedicated to the characterization of the parameters that intervene in the clogging models such as the porosity, the pressure drop and the particles size, has been developed. Then, numerical simulations conducted with GeoDict® have been realized to describe the cake formation on the surface of a HEPA pleated filter. Finally, we developed a model to predict the evolution of HEPA pressure drop during clogging with micronic particles

La cavitation est un enjeu majeur dans de nombreux systèmes hydrauliques à cause des chutes de performances, des vibrations et de l'endommagement qu'elle peut générer.Cette thèse est dédiée au phénomène d'érosion par cavitation et vise à proposer des outils pour quantifier le potentiel érosif d'un écoulement cavitant.La géométrie retenue est celle d'un hydrofoil symétrique basé sur un NACA0015 avec une partie plane entre 27% et 70% de la corde pour faciliter la mise en place de capteurs.L’étude se focalise sur une cavitation par poche oscillante se développant au bord d’attaque de l’hydrofoil.Les essais sont réalisés dans le tunnel hydrodynamique du LEGI, rénové en partie pour répondre aux nouveaux besoins de cette thèse.En parallèle, des calculs numériques sont menés avec le code de calcul 2D instationnaire cavitant IZ développé au LEGI.L'écoulement cavitant est analysé sur la base de vidéos rapides et de simulations numériques.Cette analyse permet de déterminer la dynamique de la poche, la longueur maximale de la poche et la fréquence de lâchers, ainsi que l'influence des paramètres hydrodynamiques (vitesse de l'écoulement, incidence du profil, nombre de cavitation) sur le comportement de la poche.De forts effets tridimensionnels observés expérimentalement rendent difficile la prévision de la dynamique de la poche avec le code bidimensionnel.Cependant, la longueur maximale de la poche et la fréquence de lâchers sont bien prévues numériquement.Une matrice de huit capteurs PVDF, de surfaces actives 2x2 mm$^2$, est fabriquée et collée sur l’hydrofoil entre 30% et 67% de la corde. Cette instrumentation permet de mesurer les pics de pression dus à l'implosion des structures de vapeur à une fréquence d'acquisition de 10~MHz sur huit voies en simultané.L’agressivité de l’écoulement cavitant est déterminée expérimentalement à partir de la distribution de la fréquence des pics de pression en fonction de leur amplitude.Numériquement, un paramètre d’agressivité est défini à partir d’un modèle développé précédemment au LEGI.Il permet d’estimer une agressivité instantanée et moyenne à la surface de l’hydrofoil.Des études locales sur l’agressivité instantanée et moyenne numériques permettent d’identifier l’origine des zones les plus agressives. Une comparaison qualitative entre expérience et numérique montre que le calcul numérique surestime l’agressivité au voisinage du bord d’attaque.Globalement, les résultats expérimentaux et numériques sont en bon accord pour une faible incidence et montrent que la zone de plus forte agressivité est localisée au niveau de la fermeture de poche et que la vitesse de l'écoulement a une forte influence sur le niveau d'agressivité. / Cavitation is a major issue in hydraulic machinery, due to its negative consequences: performance drop, vibrations increase and damage.This PhD is dedicated to cavitation erosion and aims to propose tools in order to quantify the erosive potential of a cavitating flow.Experiments were carried out on a symmetrical hydrofoil based on a NACA0015 with a flat area between 27% and 70% of the chord length for an easy instrumentation with pressure sensors.The study is focused on partial cavitation that detaches from the leading edge of the hydrofoil and periodically sheds vapor clouds.All experiments are conducted in the LEGI cavitation tunnel, partly renovated for the new purposes of this PhD.Meanwhile, numerical calculations are performed with the in-house 2D cavitating unsteady code IZ developed at LEGI.Flow analyses are based on high-speed videos and numerical simulations.These analyses give the cavity dynamics, the maximum cavity length and the shedding frequency.The influence of the hydrodynamic parameters (flow velocity, hydrofoil angle of attack, cavitation number) on the cavity behavior is studied.Strong 3D effects observed experimentally make it difficult to predict the cavity dynamics with the two-dimensional code. Nevertheless the maximum cavity length and the shedding frequency are well predicted numerically.A matrix of eight sensors, with an active area of 2x2~mm$^2$, was made and flush mounted on the hydrofoil between 30% and 67% of the chord length.These sensors allow measuring pressure peaks due to the collapse of vapor structures on the hydrofoil surface. Acquisitions are made simultaneously on the eight sensors at a sampling rate of 10 MHz.The flow aggressiveness is estimated experimentally from the peak frequency distribution as a function of the peak amplitude.Numerically an aggressiveness parameter is defined from a model developed previously at LEGI. This parameter allows estimating an instantaneous and mean aggressiveness at the surface of the hydrofoil.The origins of the most aggressive areas are identified from local studies.Comparison between experimental and numerical results shows that the numerical approach overestimates the aggressiveness close to the hydrofoil leading edge.Globally, the experimental and numerical results are in pretty good agreement for low incidence.The most aggressive area is localized at the cavity closure and the flow velocity has a huge influence on the aggressiveness level.

Le secteur du bâtiment est le plus gros consommateur d'énergie au niveau mondial. Pour en réduire l'impact environnemental, l'utilisation de solutions passives pour améliorer le confort est nécessaire. Malgré ce constat, la climatisation est de plus en plus utilisée dans les DROM-COM. Le développement de la ventilation naturelle est incontournable pour inverser cette tendance. Les méthodes multizones, modèles historiques de la simulation thermique du bâtiment, peinent à décrire ce type d'écoulement. Les modèles de mécanique des fluides numériques (MFN) sont prometteurs pour lever ce frein à l'utilisation de la ventilation naturelle.Ce manuscrit traite de l'adaptation d'un code de résolution directe des équations de Navier-Stokes à la description d'écoulements d'air dans le bâtiment. À cette fin, le développement, l'implémentation et la comparaison de différents types de conditions aux limites en pression sur les ouvertures ont été nécessaires. Ce travail nous a permis d'étudier le comportement d'une chambre soumise à de la convection naturelle et mixte. Pour intégrer ces développements à une simulation de bâtiment, nous avons développé un objet qui appelle le code de MFN sur un serveur de calcul distant depuis un environnement multizone de façon transparente. Le refroidissement partiel des murs d'une cavité soumise à de la convection naturelle a pu être simulé à l'aide de cette méthode. / The building sector is the global largest energy consumer. To reduce environmental impact of buildings, passive tools must be developed. Still, air conditioning is increasingly used in the DROM-COM. The development of natural ventilation is essential to reverse this trend. Multizone models are not really suited for describing natural ventilation flows. Computational fluid dynamics (CFD) seem to be a promising way too model those flows.This thesis deals with the adaptation of a direct resolution of the Navier-Stokes equations code to describe airflows in buildings. The development, implementation and comparison of different types of pressure boundary conditions on the openings were required. The behavior of a room subjected to natural and mixed convection has been studied thanks to this work. To integrate this model into a building simulation, a “black box” object that transparently calls the CFD code on a remote server from a multizone environment has been developed. Partial cooling of the walls of a cavity subjected to natural convection has been simulated using this method.

L'industrie aéronautique cherche à réduire son empreinte environnementale et à augmenter son efficacité. Un axe de recherche porte sur la conception de moteurs plus efficients comme le CROR, pour Counter Rotating Open Rotor. Ce moteur reprend les éléments des turboréacteurs en changeant sa soufflante carénée par doublet d'hélices contrarotatives non caréné qui augmente son rendement. Il est environ 30 % plus économique qu'un turboréacteur de puissance équivalente, mais génère un bruit important.Ce bruit a plusieurs origines, dont la principale en basse vitesse (situation de décollage ou d'atterrissage) vient de l'interaction entre les hélices du doublet. La composante la plus importante dans cette interaction est l'interaction entre l'hélice aval et les tourbillons marginaux issus de l'hélice amont. Le mécanisme de génération de bruit de cette interaction est complexe. Il a été montré dans des travaux précédemment menés à l'Onera que le type de tourbillon a une influence sur le bruit généré.L'objectif de cette thèse est d'étudier le rayonnement acoustique de l'interaction orthogonale entre un tourbillon et une pale en rotation. L'étude porte sur des configurations simplifiées (pale simpliste, tourbillons analytiques).Le but est d'identifier et de hiérarchiser les paramètres déterminants de cette interaction, c'est-à-dire la géométrie de la pale et les propriétés du tourbillon, sur le bruit rayonné, puis de trouver une configuration silencieuse.Pour cela, une étude paramétrique est mise en place. Cette étude se base sur une approche numérique et utilise les codes de calcul Cassiopée et Kim développés à l'Onera. La modélisation physique utilise les équations d'Euler instationnaires dans leur formulation tridimensionnelle et compressible pour la dynamique des fluides et les équations de Ffowcs-Williams et Hawkings dans leur formulation sur surface solide en rotation pour le rayonnement acoustique. Les simulations sont réalisées à un ordre élevé et utilisent la méthode Chimère. L'analyse porte à la fois sur la réponse aérodynamique en champ proche et sur le rayonnement acoustique en champ lointain.À partir des résultats de cette étude paramétrique, il est prévu de rechercher des critères de design pour la réalisation de pales optimales et silencieuses.Il est ensuite prévu d'étudier, avec ces critères, la conception d'hélices de CROR valides autant sur le plan acoustique que sur le plan aérodynamique. Les applications de la thèse ne se limitent cependant pas qu'à ce moteur, mais à n'importe quelle configuration où la trajectoire d'une pale croise un tourbillon, comme sur un hélicoptère par exemple, pour l'interaction entre le sillage du rotor principal et le rotor de queue. / The aeronautics industry focuses on decreasing its ecological footprint and increasing airplanes efficiency. One way for this is to design more efficient motors, like CROR, for Counter Rotating Open Rotor. This engine, also called propfan, is quite close to a turbofan, but with a pair of counter rotating propellers instead of ducted fan, which increase its yield. The efficiency is about 30 % higher than a turbofan of equal power, but it generates a lot of noise.This noise has several causes, the main one at low speed (typical takeoff or landing situation), is due to the interaction between propellers. The higher contribution to this interaction is the interaction between rear blades and tip vortexes generated by front blades. The noise generation process of this interaction is complex. It has been shown in previous studies at Onera that vortex kind plays an important role on the generated noise.The goal of this thesis is to identify and classify the influent parameters of this interaction on the noise generation, especially the blade geometry and the vortex properties, and then, to find a silent configuration.To this aim, a parametric study is set up. This study is based on a numerical approach and uses the Cassiopée and Kim computational softwares, developed at Onera. Physical models uses Euler unsteady equations, in their three dimensional and compressible expression, for the CFD and Ffowcs-Williams and Hawkings equations, in their rotating solid surface expression, for the CAA. Simulations are run on high orders schemes and use the Chimera method. Analyses are based on both close field fluid dynamics and far field acoustics.With the results of this parametric study, silent and optimal blades design criteria will be find out.Then, with these criteria, it will be possible to design CROR blades which are aeroacoustically efficient as well as aerodynamically efficient. The outcomes of this thesis are not limited to CROR situation only: any configuration where a blade crosses a vortex orthogonally can benefits from this study, by instance the interaction in a helicopter between the main rotor flow and the tail rotor blades.

Ce travail se place dans le contexte des problèmes de fluides présentant une couche limite. Nous explorons l'usage de méthodes éléments finis enrichies pour ce type de problèmes. En particulier, nous présentons un algorithme nouveau d'enrichissement adaptatif, où les fonctions d 'enrichissement sont construites sans connaissance a priori sur la solution. Nous comparons cette approche à l'adaptation de degré polynômial et à l'adaptation de maillage. Nous montrons qu'elle peut-être plus compétitive que la première et qu'elle peut être utilisée efficacement comme complément à laseconde. Des expérimentations numériques sont menées sur des problèmes 2D scalaires (advection -diffusion, Burgers) et de Navier-Stokes. / We are interested in fluid dynamics problems with a boundary layer. We investigate enriched finite elements methods for this kind of problems. A point of interest is the new adaptive enrichment algorithm that we propose, where enrichment functions are built without a priori knowledge on the solution. This approach is compared to both p-adaptivity and h-adaptivity. We show that it can replace the former with profit, and is a good complement to the latter. Numerical experiments are shown on scalar problems (advection-diffusion) and Navier-Stokes equations.