L'instabilité de Vishniac est invoquée pour expliquer la fragmentation et la filamentation de la coquille fine de matière choquée présente dans les restes de supernova radiatifs. Toutefois l'implication et les conséquences de ce processus spécifique sur la morphologie complexe des restes de supernova ne sont pas entièrement démontrées. Nous avons réalisé des simulations numériques 2D d'une onde de souffle perturbée qui se propage dans un milieu ambiant homogène afin de mieux comprendre le mécanisme de l'instabilité de Vishniac. Le code hydrodynamique HYDRO-MUSCL 2D a été utilisé afin de déclencher la perturbation de la coquille fine dans les géométries plan-parallèle et sphérique. Dans ce travail, je montrerai que nous avons obtenu la surstabilité de Vishniac (" Vishniac overstability ") comme prédit par l'analyse théorique. Ce processus repose sur une oscillation d'amplitude et de période temporelle croissante des grandeurs fluides et spatiales. Nous avons testé l'effet de paramètres spécifiques sur la variation de masse d'une région donnée dans le cadre d'une étude paramétrique que nous avons réalisée sur le supercalculateur Titane. Nous avons trouvé que la perturbation est atténuée après quelques oscillations de la variation de masse pour tous les jeux de paramètres. Ainsi nous concluons que dans notre modèle, l'instabilité de Vishniac ne permet pas la fragmentation de la coquille fine à cause d'effets qui ne sont pas pris en compte par l'analyse théorique.

Les travaux présentés dans ce mémoire s'inscrivent dans le cadre de deux projets, l'un européen, BASIS (Blast Actions on Structure In Steel), et l'autre français BATIRSÛR (Bâtiment en acier en zone PPRT de surpression), qui visent à mieux appréhender la vulnérabilité des bâtiments à ossature métallique face à un aléa de surpression. En particulier, ce travail a consisté à étudier les interactions entre une onde de souffle et une structure afin de caractériser le chargement global induit par une explosion. À partir de la génération d’ondes de souffle par détonation ou déflagration d'une charge gazeuse de propane oxygène, des campagnes expérimentales à petite échelle ont été conduites. Elles ont permis de mettre en défaut pour les faibles niveaux de surpressions étudiés (< 200 mbar) certaines approches simplifiées existantes. Des alternatives ont alors été proposées. Les coefficients de réflexion, caractérisant le chargement, ont été mesurés. De nouvelles valeurs sont proposées, notamment pour caractériser la diffraction d'une onde issue d'une déflagration. Les données du chargement résultant d’une déflagration et d’une détonation ont été comparées dans des configurations identiques. La propagation en champ libre de l’onde de souffle issue d’une déflagration a été reproduite au moyen du modèle du piston sphérique. Pour une de détonation, un modèle prédictif de ballon d'air comprimé, reposant sur la donnée de la masse volumique et l’énergie interne spécifique de l’explosif, a été développé et validé en champ lointain par comparaison avec les essais expérimentaux. Son utilisation a permis de mettre en évidence les atouts et les limites des simulations numériques pour reproduire le chargement. / The work presented in this thesis fall within two project, one European, BASIS (Blast Actions on Structure In Steel), and the other French BATIRSÛR (steel building in PPRTs area overpressure), which both aimed at better understanding the vulnerability of metal framed buildings against an overpressure hazard. In particular, our objective was to study the interaction between a shock wave and a structure in order to characterize the overall loading induced by an explosion. From the generation of blast wave by deflagration or detonation of an oxygen propane mixture, small-scale experimental campaigns were conducted. These experimental campaigns highlighted for low levels of overpressure (<200 mbar) some limitations in the existing simplified approaches. Alternatives have then been given. Reflection coefficients, characterizing the loading, were measured. New values were obtained, especially to characterize the diffraction. Data resulting from deflagration and detonation we recompared under identical configurations. The free field propagation of the blast wave generated by a deflagration was reproduced by using the model of the spherical piston. For a detonation, a predictive model of compressed balloon based on the data of the density and the specific internal energy has been developed and validated in far-field range using comparison with experimental tests. Its use has helped highlight the assets and limits of numerical simulation in order to reproduce the loading induced by a detonation.

Dans une optique de sécurité pyrotechnique, le CEA DAM s'intéresse aux moyens d'atténuer les ondes de souffle par des mousses aqueuses. L'objectif de cette thèse est de comprendre les phénomènes physiques régissant la propagation et l'interaction d'une onde de choc avec une mousse, et d'en proposer une modélisation. Une mousse aqueuse est un milieu diphasique constitué d'un assemblage de cellules de gaz séparées par une phase liquide. Cette thèse s'intéresse principalement à des mousses aqueuses, qualifiées de sèches dont le foisonnement (inverse de la fraction volumique) est supérieur à 20. Les travaux ont été organisés autour de la conception et la réalisation de deux campagnes expérimentales. La première, réalisée en Tube à Choc (TaC) à l'IUSTI Marseille, a permis de déterminer le comportement de la mousse soumise à une onde de choc plane. La seconde campagne a été effectuée sur le champ de tir du CEA au Polygone d'Expérimentation de Moronvilliers. Cette expérience a été conçue dans le but d'obtenir une base de données pyrotechniques. Ces deux campagnes ont alors servi au développement d'un modèle numérique, reposant sur un formalisme multiphasique eulérien résolu grâce à la Méthode des Equations Discrètes. L'analyse des résultats expérimentaux en TaC a permis de montrer que, sous l'effet de forts gradients de pression, les films rompent et la mousse s'effondre en un ensemble de ligaments liquides : les Bords de Plateau se déforment puis se fragmentent en un spray. La structure de l'onde incidente est alors composée de deux parties, un choc précurseur générant une surpression de plus d'une centaine de millibars et qui est la signature de la fragmentation de la mousse et un train d'ondes de compression traduisant la mise en vitesse des Bords de Plateau dans l'écoulement gazeux. Les expérimentations pyrotechniques ont permis de corroborer ces résultats obtenus en TaC. Enfin, l'analyse numérique effectuée confirme également que le foisonnement de la mousse est le paramètre principal qui permet de contrôler l'atténuation des ondes de souffle dans les mousses aqueuses. Les simulations numériques ont également permis de restituer la structure complexe de l'onde de souffle et de déterminer les phénomènes prépondérants.

La dispersion de particules par une onde de souffle ou de choc induit la formation de structures régulières qui prennent la forme de jets de particules. Jusqu'à présent, les expériences n'ont été réalisées qu'en trois dimensions rendant difficile l'exploitation des données. Dans cette étude, une onde de souffle, générée à l'extrémité d'un tube à choc, débouche au centre d'un anneau de particules solides initialement confiné dans une cellule de Hele-Shaw. Pour la première fois, à partir d'une expérience de laboratoire, la formation de jets de particules est observée dans une configuration quasi bi-dimensionnelle et pour de faibles niveaux de pression. Grâce à un système de visualisation ultra-rapide, il a été mis en évidence que la sélection du nombre de jets de particules est un processus instationnaire. Nous avons observé que les jets de particules sont initialement formés à l'intérieur de l'anneau et sont ensuite expulsés à l'extérieur du front de particules en expansion. L'influence de nombreux paramètres, tels que la densité et le diamètre des particules, la surpression générée et la géométrie de l'anneau, ont été étudiées. La synthèse des résultats expérimentaux obtenus a permis d'établir certaines relations empiriques reliant le nombre de jets aux propriétés initiales. De plus, la formation de fines perturbations sur le front externe de la couche de particules a été observée. Ce phénomène est quant à lui indépendant des jets principaux et dépend seulement de la nature des particules. / The dispersion of particles by a blast or a shock wave induces the formation of coherent structures which take the form of particle jets. All the experiments conducted so far have been performed in three-dimensional geometry. In the present study, a blast wave, issuing from the discharge of a planar shock wave at the exit of a conventional shock tube, is generated in the center of a granular medium ring initially confined inside a Hele-Shaw cell. With the present experimental set-up, under impulsive acceleration, a solid particle jet formation is clearly obtained and observed in a quasi-two-dimensional configuration, for the first time. From fast flow visualizations, we highlighted that the selection of the number of jets is unsteady. We noticed, in all instances, that the jets are initially generated inside the particle ring and thereafter expelled outward. This point has not been observed in three-dimensional experiments. The influence of many parameters such as density and diameter of particles, the generated pressure and the geometry of the ring, has been studied. Empirical relationships were deduced from the experimental curves. Moreover, we observed in detail the formation of very thin perturbations created around the external surface of the dispersed particle layer. This phenomenon is independent of the main jet formation and solely depends on the nature of particles.

À l'allumage d'un lanceur spatial équipé de moteurs à propergol solide (MPS), une onde de souffle (ODS), caractérisée par un pic de grande amplitude et une large dépression, est générée pendant le transitoire de montée en pression. Puis le jet supersonique chaud rayonne un bruit de jet (BDJ) intense riche en composantes hautes fréquences. Cette thèse a été consacrée à la mise au point de méthodologies de simulation de ces phénomènes à l'aide de la plateforme de calcul CEDRE, en se comparant à des mesures expérimentales réalisées sur un petit MPS. Les phénomènes sont reproduits à l'aide de simulations aux grandes échelles (SGE). Les choix numériques (maillages, schémas) sont effectués à partir de cas-tests de validation. La méthodologie retenue pour l'ODS repose sur une approche directe simulant la génération et le transport de l'onde jusqu'aux capteurs expérimentaux. Ce calcul, qui estime aussi le transfert radiatif du jet, permet l'interprétation physique des phénomènes générateurs de l'ODS (effet piston du jet se développant). La prise en compte de la post combustion dans les premiers instants se révèle être un facteur de premier ordre concernant l'amplitude de l'ODS et son interaction avec le jet. Une approche hybride est adoptée pour le BDJ, chaînant une SGE du champ proche à la résolution des équations de Ffowcs Williams & Hawkings (FWH). Le bon accord du champ aérodynamique avec les mesures de la littérature incite à appliquer cette méthode au calcul de l'ODS. Finalement, celle-ci met en évidence le caractère fortement non-linéaire de l'ODS qui ne peut donc être rayonnée par FWH, et une interaction modèrée avec le jet, plus conforme aux observations expérimentales.