Le développement de nouvelles technologies pour le transport aérien moins polluant est de plus en plus basé sur la simulation numérique, qui nécessite alors une description fiable de la chimie. Pour la plupart des carburants, la description de la combustion nécessite des mécanismes détaillés mais leur utilisation dans une simulation numérique de combustion turbulente est limitée par le coût calcul. Des mécanismes cinétiques réduits et des méthodes de tabulation ont été proposés pour surmonter ce problème. Ces descriptions chimiques simplifiées ayant été développées dans le cadre de configurations laminaires, cette thèse propose de les évaluer dans des configurations turbulentes: une DNS de flamme prémélangée méthane/air de type Bunsen et une LES d’un brûleur expérimental. Les mécanismes sont analysés en termes de structure de flamme, paramètres de flamme globaux, longuer de flamme, prediction des concentrations en espèces majoritaires et des émissions polluantes. Une méthodologie pour évaluer a priori la capacité d’un mécanisme à prédire correctement des phénomènes chimiques tridimensionnels est proposée en se basant sur les résultats de flammes laminaires monodimensionnelles non étirées et étirées. Il ressort que, d’une part, pour construire un mécanisme réduit, il est nécessaire de faire un compromis entre coût calcul, robustesse et qualité des résultats. D’autre part, la qualité des résultats de DNS et LES de configurations tridimensionnelles turbulentes peut être anticipée par une analyse du comportement des schémas réduits dans des configurations simplifiées de flammes monodimensionnelles laminaires non étirées et étirées. / A growing need for numerical simulations based on reliable chemistries has been observed in the last years in order to develop new technologies which could guarantee the reduction of the enviromental impact on air transport. The description of combustion requires the use of detailed kinetic mechanisms for most hydro-carbons. Their use in turbulent combustion simulation is still prohibitive because of their high computational cost. Reduced chemistries and tabulation methods have been proposed to over-come this problem. Since all these reductions have been developed for laminar configurations, this thesis proposes to evaluate their performances in simulations of turbulent configurations such as a DNS of a premixed Bunsen methane/air flame and a LES of an experimental PREC-CINSTA burner. The mechanisms are analysed in terms of flame structure, global burning parameters, flame length, prediction of major species concentrations and pollutant emissions. An a priori methodology based on one-dimensional unstrained and strained laminar flames to evaluate the mechanism capability to predict three-dimensional turbulent flame features is therefore proposed. On the one hand when building a new reduced scheme, its requirements should be fixed compromising the computational cost, the robustness of the chemical description and the desired quality of results. On the other hand, the quality of DNS or LES results in three-dimensional configurations could be anticipated testing the reduced mechanism on laminar one-dimensional premixed unstrained and strained flames.

Les objectifs de cette thèse visent le développement d’un traitement inédit dans un repère spatiale tridimensionnel, pour le problème de la dynamique de collisions diffusives d’objets macromoléculaires en solution en écoulement hydrodynamique à l'intérieur des pores de largeur variable, soumis aux forces hydrodynamiques, du mouvement brownien et des collisions diffusifs aux parois des pores, en utilisant la modélisation théorique et les simulations numériques. L’approche par simulation numérique est nécessaire car il est extrêmement complexe d’utiliser des outils analytiques à présent pour traiter le problème de ces collisions diffusives aux parois solides. Les algorithmes que nous avons développés et les simulations correspondantes sont suffisamment généraux et avancés pour être directement appliquée à l'étude de la dynamique d'une grande variété de polymère et des particules biologiques dans des solutions diluées sous diverses conditions physiques et hydrodynamiques à l'intérieur des pores. Par ailleurs, les mécanismes conduisant à l'adhésion de nano particules et de particules macromoléculaires sous conditions de non-équilibre, en raison de l'influence contradictoire des collisions mécaniques diffusifs et les forces attractives de Hamaker aux parois solides, sont d'un intérêt majeur. Nous avons donc développé un modèle théorique pour calculer le coefficient de restitution. L'objectif est de quantifier le bilan énergétique pendant le processus de collision diffusive de ces particules aux parois, sous l'influence des forces de répulsion d'une part et les forces attractives de Hamaker. Cela se fait par l'élaboration d'un modèle, basé sur le JKR et les théories d’Hertz, pour tenir compte des pertes d'énergie lors des collisions et des gains d'énergie en raison des interactions Hamaker. L’adhésion arrive si le bilan énergétique le permet. Notre modèle théorique est développé en proposant une approche particulière basée sur le potentiel Hamaker. Nous démontrons ce bilan par le biais d'une équation caractéristique non linéaire pour le coefficient de restitution, et analysons ses propriétés qui déterminent l'adhésion ou non pour diverses conditions physiques initiales. / The purpose of this thesis is to develop a comprehensive model analysis in a three-dimensional spatial frame for the dynamics of molecular particles in dilute colloidal suspensions in solutions flowing inside pores of variable width, subject to hydrodynamic forces, Brownian motion and diffusive collisions at the rough pore boundaries, by using numerical simulations. The approach by simulations is necessary because it is extremely complex to use analytical tools at present to deal with the problem of diffusive collisions of the particles at the solid pore boundaries. The algorithms which we have developed and the corresponding simulations are sufficiently general and refined to be directly applied to the study of the dynamics of a wide variety of polymer and biological particles in dilute solutions under diverse physical and applicable hydrodynamic conditions inside pores. Moreover, the mechanisms leading to the adhesion of particles of nano sizes under what would be non-equilibrium conditions, due to the conflicting influence of the mechanical diffusive collisions and the attractive Hamaker forces at the boundaries, are of major interest. We have hence investigated a theoretical model to calculate the restitution coefficient from basic physical principles. The objective is to quantify the energy balance during the process of a diffusive collision of a nano particle under the influence of the repulsive forces on one hand, and the attractive Hamaker forces acting on the nano particle on the other. This is done by developing a model, based on the JKR and Hertz theories, to account for the energy losses during collisions, and for the energy gains due to the Hamaker interactions. Adhesion becomes an outcome if the energy balance permits this. Our theoretical model is developed by proposing a special analytic approach based on the Hamaker potential. We derive from the theoretical analysis a characteristic nonlinear equation for the restitution coefficient, and analyze its properties which determine under given physical conditions the outcome for adhesion or not.

Un nombre croissant d’applications telles que le micro-usinage ou le diagnostique de composants électroniques nécessitent de fortes puissances moyennes dans différentes gammes de longueurs d’onde (infra-rouge à 1030 nm, vert à 515 nm ou ultra-violet à 343 nm). Ces fortes puissances moyennes lasers ne sont généralement atteignables qu’à l’aide d’architecture laser de type MOPA (Master Oscillator Power Amplifier). C’est dans cette optique que la société Eolite Systems veut développer ses propres oscillateurs car elle maitrise déjà l’amplification à l’aide de fibres de type barreau à large aire modale. Le développement d’oscillateurs picosecondes de fortes puissances moyennes est ainsi une brique essentielle dans la chaîne d’amplification globale. Dans le cadre d’un contrat CIFRE entre Eolite Systems et le Laboratoire Onde et Matière d’Aquitaine de l’Universitéde Bordeaux 1, nous avons développé différents laser dont la puissance moyenne est supérieure à 10W, à une cadence de 74 MHz. La durée des impulsions générées s’étend de 20 ps à 130 fs. Le fonctionnement de ces différents lasers repose sur l’utilisation de la rotation non-linéaire de polarisation dans la fibre optique qui, dans le régime de fonctionnement à dispersion normale, permet d’atteindre le verrouillage en phase des modes et ainsi la génération d’impulsions d’énergie de l’ordre de 150nJ. Nous avons développé un code de simulation numérique afin de rendre compte de la dynamique des impulsions dans la cavité. Les résultats obtenus à l’aide de ce code sont en bon accord avec ceux obtenus lors des différentes expériences. / A growing number of applications such as micro-machining of electronical components need high average power in a various range of wavelengths (infrared at 1030 nm, green at 515 nm and ultravioletat 343 nm). These high average power lasers are generally design using a MOPA (MasterOscillator Power Amplifier) scheme. Following this idea, Eolite systems wants to develop its own oscillators since it already masters the different difficulties when trying to reach high average power,especially by using rod-type fibers with a large mode area. The development of high power picosecondfiber oscillators is a essential piece in the global amplification scheme. In the frame of a CIFRE contract between Eolite Systems and the Laboratoire Onde et Matière d’Aquitaine of the Universitéde Bordeaux 1 we have developed different laser oscillators with an average power of more than10 W at a repetition rate of 74 MHz. The pulse duration generated is ranging from 20 ps down to130 fs. The pulsed regime was initiated using non-linear polarization evolution in the fiber and in anormal dispersion laser cavity. This lead to the generation of pulse energies in the range of 150 nJ for the different architectures. We also developed a numerical code in ordre to fully understand the influence of the different elements in the laser cavity. The results are in good agreement with those obtained with the experimental setup.

La présence d'H2S dans un gisement est un important facteur de dévalorisation économique, c'est pourquoi connaitre sa concentration et sa distribution est capital pour optimiser toutes les étapes de l'exploration à la production d'un champ. Dans les conditions de pression et température des réservoirs, l'H2S est beaucoup plus soluble que les hydrocarbures et autres gaz. Le lessivage préférentiel de l'H2S par un aquifère actif pourrait ainsi entrainer la création d'hétérogénéités compositionnelles au cours du temps. L'objectif de la thèse est d'illustrer et quantifier ce processus à l'aide de simulations numériques réalisées avec Hytec, logiciel couplé géochimie-transport diphasique développé par MINES ParisTech. Le lessivage préférentiel de l'H2S est contrôlé par : la solubilité différentielle des gaz qui modifie les quantités relatives de chacun des gaz à proximité de l'aquifère ; le transport aqueux qui exporte les gaz dissous et améliore ainsi la dissolution des gaz sur le long terme ; le transport gazeux qui renouvelle les gaz dissous à l'interface et étend le lessivage du gaz à toute la structure ; les caractéristiques d'un réservoir (type d'aquifère, hétérogénéité des perméabilités). / The H2S occurrence in gas reservoirs is an important factor of economic depreciation. Thus, the knowledge of its content and distribution is a critical parameter when planning field development. Under typical reservoirs conditions of pressure and temperature, H2S is far more soluble than hydrocarbons and other gases. The preferential leaching of H2S by an active aquifer over time could explain the creation of compositional heterogeneities. The thesis aims at illustrating and quantifying this process based on numerical simulations performed with the two-phase transport and geochemical software Hytec, developed by Mines ParisTech (France). This mechanism may be controlled by: Differential solubility of gases, which changes the relative amounts of each gas near the gas-watercontact; Contact with an active aquifer, which can export the dissolved gases thus enhancing dissolution on the long-term; Diffusional transport in the gas phase, which transfers the compositional anomalies farther from the gas-water contact; Geological parameters (type of aquifer, permeability heterogeneities) which can modify the transport scenario.

Ces cinquantes dernières années, la majorité des paramètres de conception des moteurs cryotechniques ont été ajustés en l'absence d'une compréhension détaillée des phénomènes de combustion, en raison des limites des diagnostiques expérimentaux et des capacités de calcul. L'objectif de cette thèse est de réaliser des simulations numériques instationnaires d'écoulements réactifs transcritiques de haute fidélité, pour permettre une meilleure compréhension de la dynamique de flamme dans les moteurs cryotechniques et finalement guider leur amélioration. Dans un premier temps, la thermodynamique gaz-réel et son impact sur les schémas numériques sont présentés. Comme la Simulation aux Grandes Echelles (SGE) comporte des équations filtrées, les effets de filtrages induits par la thermodynamique gaz-réel sont ensuite mis en évidence dans une configuration transcritique type et un opérateur de diffusion artificiel, spécifique au gaz réel, est proposé pour lisser les gradients transcritiques en SGE. Dans un deuxième temps, une étude fondamentale du mélange turbulent et de la combustion dans la zone proche-injecteur des moteurs cryotechniques est menée grâce à la Simulation Numérique Directe (SND). Dans le cas non-réactif, les lâchers tourbillonnaires dans le sillage de la lèvre de l’injecteur jouent un rôle majeur dans le mélange turbulent et provoquent la formation de structures en peigne déjà observées expérimentalement dans des conditions similaires. Dans le cas réactif, la flamme reste attachée à la lèvre de l'injecteur, sans extinction locale, et les structures en peigne disparaissent. La structure de flamme est analysée et différents modes de combustion sont identifiés. Enfin, une étude de flamme-jet transcritique H2/O2, accrochée à un injecteur coaxial avec et sans retrait interne, est menée. Les résultats numériques sont d'abord validés par des données expérimentales pour l'injecteur sans retrait. Ensuite, la configuration avec retrait est comparée à la solution de référence sans retrait et à des données experimentales pour observer les effets de ce paramètre de conception sur l'efficacité de combustion. / In the past fifty years, most design parameters of the combustion chamber of Liquid Rocket Engines (LREs) have been adjusted without a detailed understanding of combustion phenomena, because of both limited experimental diagnostics and numerical capabilities. The objective of the present thesis work is to conduct high-fidelity unsteady numerical simulations of transcritical reacting flows, in order to improve the understanding of flame dynamics in LRE, and eventually provide guidelines for their improvement. First real-gas thermodynamics and its impact on numerical schemes are presented. As Large-Eddy Simulation (LES) involves filtered equations, the filtering effects induced by real-gas thermodynamics are then highlighted in a typical 1D transcritical configuration and a specific real-gas artificial dissipation is proposed to smooth transcritical density gradients in LES. Then, a Direct Numerical Simulation (DNS) study of turbulent mixing and combustion in the near-injector region of LREs is conducted. In the non-reacting case, vortex shedding in the wake of the lip of the injector is shown to play a major role in turbulent mixing, and induces the formation of finger-like structures as observed experimentally in similar operating conditions. In the reacting case, the flame is attached to the injector rim without local extinction and the finger-like structures disappear. The flame structure is analyzed and various combustion modes are identified. Finally, a LES study of a transcritical H2/O2 jet flame, issuing from a coaxial injector with and without inner recess, is conducted. Numerical results are first validated against experimental data for the injector without recess. Then, the recessed configuration is compared to the reference solution and to experimental results, to scrutinize the effects of this design parameter on combustion efficiency.

L'objectif primordial de cette thèse est la recherche de modèles mathématiques qui sont à mieux de décrire le processus d'absorption gaz-liquide dans un contacteur membranaire à fibres creuses poreuses ou denses. La configuration géométrique de ces contacteurs combinée à leur compacité, et de leur faible consommation d'énergie leur permet de se substituer progressivement aux procédés conventionnels tels les colonnes à garnissage et autres tours d'absorption. Notre but est d'étudier la performance de ces processus novateurs par l'élaboration de modèles mathématiques de plus en plus rigoureux. Pour cela, nous avons étudié plusieurs cas de figures où l'hydrodynamique d'écoulement des fluides, la nature du soluté et/ou du solvant ont été changées. Dans un premier temps, il n'a été tenu compte que de l'hydrodynamique du compartiment côté fibre pour deux types de processus d'absorption avec et sans réaction chimique. Par la suite, l'hydrodynamique d'écoulement des fluides dans le côté fibre comme côté calandre a été prise en considération. Des modèles ont été développés pour l'absorption classique de gaz carbonique dans des solutions de monoéthanolamine (liquide d'absorption de référence) où l'écoulement du fluide côté calandre est assimilé à un écoulement piston dans un premier cas, obéissant au modèle dit de surface libre "modèle de Happel" dans un deuxième cas, et enfin caractérisé par des équations de moments de Navier-Stokes dans un troisième cas. La comparaison des résultats numériques de ces modèles a montré que ceux du troisième cas de figure sont les plus proches des résultats d"essais expérimentaux / The overarching objective of this thesis is the research of mathematical models which are better to describe the process of gas-liquid absorption in a membrane contactor with porous or dense hollow fibers. The geometric configuration of these contactors, combined with their low energy consumption and their compactness, allows them to gradually replace conventional processes such as packing towers and absorption columns. Our goal is to study the performance of these innovative processes by developing more rigorous mathematical models. In this scope, we studied several cases where the hydrodynamics of fluid flow, the nature of the solute or solvent have been changed. First, only the hydrodynamics of the fibre side compartment has been taken into account for two types of an absorption process with and without chemical reaction. Subsequently, the hydrodynamics of fluid flow in both the fiber side as shell side were taken into consideration. Models have been developed for classical carbon dioxide absorption in monoéthanolamine solutions (liquid absorption of reference) where the flow fluid in the shell were is assumed to obey a plug-flow in a first case, described by the surface free model known as "Happel model" in a second case, and finally characterized by the momentum Navier-Stokes equations in a third case. The comparison of the numerically simulated results collected from the three models showed that those of the third case matched very closely with the laboratory experimental results

Le micro-moulage par Injection de Poudres (Micro-PIM) est l’une des technologies permettant de réaliser des micro-composants de très petites dimensions, associés à la miniaturisation et la fonctionnalisation dans différents domaines d’applications. La thèse concerne l’élaboration et la caractérisation de mélanges basés sur des poudres d’acier inoxydable de type 316L, l’identification des paramètres physiques associés à l’étape de densification est traitée. Des modélisations physiques et des simulations numériques de l’étape de densification par diffusion à l’état solide, sont ensuite proposées.De nouvelles formulations de mélanges à base de liants polymériques ont été développées pour différentes granulométries de poudres d’acier inoxydable de type 316L (5 µm et 16 µm). Les différents mélanges élaborés ont été élaborés et validés grâce à des comparatifs entre couples de mélangeages et courbes de viscosité de cisaillement. Les mélanges élaborés avec une formulation de base composée de polypropylène, de cire paraffine et d’acide stéarique, sont adaptés pour les deux types de poudre, et conduisent à des résultats significatifs pour les différents tests réalisés, conduisant à un couple de mélangeage et à une viscosité de cisaillement relativement faibles par rapport aux autres formulations. Le taux de charge critique obtenu pour l’acier inoxydable 316L (5 µm), avec la formulation optimale, est de 68% et a été déterminé par différentes méthodes. Les essais de micro-injection pour le mono-matériau (316L mélange) et les bi-matériaux (mélange de 316 L et Cu) ont été analysés en détail. Des tests d’homogénéité ont été réalisés avant et après l’étape d’injection.Un modèle thermo-élasto-viscoplastique approprié pour modéliser l’étape de densification a été utilisé pour la simulation de la densification des micro-composants. Les paramètres d’identification du modèle physique ont été identifiés pour des mélanges de poudres d’acier 316L (5 µm), pour différents taux de charge (62%, 64% et 66%). Des essais de flexion 3 points et de compression ont été réalisé à l’intérieur d’un dilatomètre vertical avec trois cinétiques de densification (5 °C/min, 10 °C/min et 15 °C/min). Les résultats obtenus par dilatométrie, ont permis l’identification du module de viscosité de cisaillement G, du module de compressibilité K, et de la contrainte de densification σs, Le modèle de comportement associé à la densification, incluant les paramètres identifiés a été implémenté dans le code éléments finis Abaqus©. Des éléments finis adaptés ont été utilisés, tant pour le support, que les quatre micro-éprouvettes de référence. Les simulations de l’étape de densification pour trois différentes cinétiques (5 °C/min, 10 °C/min et 15 °C/min) à 1200°C, ont été réalisées pour l’ensemble des micro-composants dont les taux de charge correspondent respectivement à 62%, 64% et 66%. Les retraits et densités relatives des micro-composants obtenus par simulation sont en très bonne corrélation avec les résultats expérimentaux / Micro-Powder Injection Moulding (Micro-PIM) technology is one of the key technologies that permit to fit with the increasing demands for smaller parts associated to miniaturization and functionalization in different application fields. The thesis focuses first on the elaboration and characterization of polymer-powder mixtures based on 316L stainless steel powders, and then on the identification of physical and material parameters related to the sintering stage and to the numerical simulations of the sintering process. Mixtures formulation with new binder systems based on different polymeric components have been developed for 316L stainless steel powders (5 µm and 16 µm). The characterization of the resulting mixtures for each group is carried out using mixing torque tests and viscosity tests. The mixture associated to the formulation comprising polypropylene + paraffin wax + stearic acid is well adapted for both powders and has been retained in the subsequent tests, due to the low value of the mixing torque and shear viscosity. The critical powder volume loading with 316L stainless steel powder (5 µm) according to the retained formulation has been established to 68% using four different methods. Micro mono-material injection (with 316L stainless steel mélange) and bi-material injection (with 316L stainless steel mélange and Cu mélange) are properly investigated. Homogeneity tests are observed for mixtures before and after injection. A physical model well suited for sintering stage is proposed for the simulation of sintering stage. The identification of physical parameters associated to proposed model are defined from the sintering stages in considering 316L stainless steel (5 µm)mixtures with various powder volume loadings (62%, 64% and 66%). Beam-bending tests and free sintering tests and thermo-Mechanical-Analyses (TMA) have also investigated. Three sintering stages corresponding to heating rates at 5 °C/min, 10 °C/min and 15 °C/min are used during both beam-bending tests and free sintering tests. On basis of the results obtained from dilatometry measurements, the shear viscosity module G, the bulk viscosity module K and the sintering stress σs are identified using Matlab® software. Afterwards, the sintering model is implemented in the Abaqus® finite element code, and appropriate finite elements have been used for the support and micro-specimens, respectively. The physical material parameters resulting from the identification experiments are used to establish the proper 316L stainless steel mixture, in combination with G, K and σs parameters. Finally, the sintering stages up to 1200 °C with three heating rates (5 °C/min, 10 °C/min and 15 °C/min) are also simulated corresponding to the four micro-specimen types (powder volume loading of 62%, 64% and 66%). The simulated shrinkages and relative densities of the sintered micro-specimens are compared to the experimental results indicating a proper agreement

Ce manuscrit se concentre sur l’étude de la dynamique de drainage de gouttes d’eau dans une phase continue d’huile de paraffine. Les gouttes sont de taille millimétrique, déformables et évoluent dans un domaine de simulation carré de 1 cm de coté. La simulation du comportement de tels systèmes pose le problème général de la description numérique des écoulements multiphasiques non stationnaires. Un modèle simplifié dans une géométrie à deux dimensions est proposé et simulé en volumes finis. Il inclut les propriétés physico-chimiques des interfaces et notamment les phénomènes de coalescence et l’évolution d’un tensioactif soluble dans les gouttes. L’effet des conditions aux limites sur le drainage d’une unique goutte est étudié. Le rôle de la coalescence sur ce drainage est également décrit pour un modèle de deux gouttes. Quelques simulations sont enfin proposées avec des systèmes dispersés plus complexes. / This manuscript focuses on the description of the settling dynamics of water droplets in a continuous phase of paraffin oil. Droplets are of millimetre size, deformable and evolve in a square simulation domain of 1 cm side. The simulations of the behaviour of such systems raise the general problem of the numerical description of the flows occurring in multiphase unsteady systems. A simplified model in a two dimensional geometry is used and integrated with a finite volume numerical technique. It includes the interfacial mechanical and chemical properties and in particular the coalescence phenomena and the evolution of a water soluble surfactant. The effect of the boundary conditions on the drainage of a unique droplet is studied. The role of drop-drop coalescence on this drainage is also described for a model with two droplets. Some simulations are finally proposed with more complex dispersed systems.

L'interaction entre une onde de choc plane et un nuage de gouttes d'eau homogène, monodisperse est étudiée dans un tube à choc. Les influences de la fraction volumique d'eau, αd(1 %, 0.3 % et 0.1%), rapport du volume d'eau sur le volume du nuage, de la hauteur du nuage Hd (70 cm, 40 cm et 15 cm), du diamètre des gouttes φd (250 µm et 500 µm ) et du nombre de Mach M (1.3 et 1.5) sont étudiées pour des fractions volumiques inférieures au pour cent. Lors de cette interaction, la pression en paroi du tube à choc est mesurée et la visualisation du nuage est obtenue par une méthode ombroscopique directe. Une évolution temporelle caractéristique de la pression induite par la propagation d'une onde de choc dans un tel milieu, est mise en évidence. Cette allure, diffère significativement de celle obtenue avec un nuage constitué de particules solides: la fragmentation des gouttes en est responsable. Une zone où la pression diminue directement après le pic de pression est alors observée aux stations de mesure localisées dans le nuage. L'atténuation de la surpression est mise en évidence: elle peut atteindre 80% du pic de pression mesuré sans nuage. Dans la partie numérique de ce travail, deux modèles de fragmentation sont implémentés, comparés et validés dans un code de calcul monodimensionel, instationnaire, Eulérien appliqué aux écoulements dilués (αd<1 %). On montre que la formulation du taux de production des gouttes selon le taux d'accroissement soit de leur nombre, soit de leur diamètre doit être utilisée respectivement soit avec, soit sans la prise en compte l'étape de déformation de la fragmentation. / The interaction between a planar shock wave and an both homogeneous and monodispersed droplet water cloud is studied in a shock tube. The effects of the water volume fraction αd (1% %, 0.3 % et 0.1%), ratio between the volume of water and the volume of the cloud, the height of the two-phase medium Hd (70 cm, 40 cm et 15 cm), the droplets diameters φd (250 µm et 500 µm ) and the Mach number M (1.3 et 1.5) are studied for a volume fraction smaller than one per cent. During this interaction, the pressure is measured and the visualization of the cloud is obtained by direct shadowgraphy. A characteristic temporal evolution of the pressure induced by the propagation of the shock wave in such a mixture is highlighted. This behavior differs significatively from the one obtained with a solid particles cloud : the droplet atomization is responsible of this change. A zone where the pressure decreases directly after the pressure peak is observed at different stations located into the water cloud. The mitiagtion of the overpressure is shown: it can reach 80%of the pressure peak measured without cloud. In the numerical part, two fragmentation models are added, compared and validated in a comptutational, one dimensional, instationnary, Eulerien code in the case of dilute flows (αd<1 %). We show that the formulation of the production rate of droplets defined by the number of droplets growth, or the diameter droplet growth, must be used, respectively, with and without taking into account the deformation stage of the droplet breakup. Thus, the numerical results are in good agrement with those obtained experimentally.

Ce travail à la fois expérimental et numérique s'inscrit dans le cadre des études menées sur le captage des polluants sur les machines tournantes et porte plus particulièrement sur la caractérisation de la dispersion des fines particules d'usinage : i.e. ces particules sont assimilées à un traceur passif du fait de leur temps de réponse aérodynamique négligeable. L'objectif recherché à travers cette étude est de développer une méthode numérique de conception des captages des polluants sur machines d'usinage. Le premier travail a donc consisté à réaliser un dispositif expérimental recréant une situation similaire à une opération de meulage, mais dans un cadre parfaitement contrôlé. L'écoulement retenu est celui engendré par un cylindre en rotation dans une veine d'essai ventilée. Un polluant particulaire, représenté par des microbilles de verre sphériques, est généré dans la veine d'essai (en utilisant un système d'ensemencement en particules), recréant ainsi les effets aérauliques des plus grosses particules d'usinage. Un gaz traceur, représentant la fraction fine de particules, est injecté simultanément avec le jet de particules via un capillaire placé à la source. Les propriétés du jet de particules obtenu sont caractérisées par vélocimétrie par suivi de particules (PTV) afin d'obtenir des données d'entrée et de validation pour les simulations numériques. La méthode de suivi de particules, mise au point dans le cadre de cette étude reste robuste même dans les zones fortement chargées en particules (i.e. la région source du jet). Le champ de vitesse de la phase gazeuse a quant à lui été caractérisé par vélocimétrie par images de particules (PIV), au moyen d'un code développé spécifiquement (Belut 2006 [4]). La dispersion d'un gaz traceur (hexafluorure de soufre - SF6) émis simultanément avec le jet de particules est ensuite étudiée expérimentalement : la dispersion d'un tel gaz est en effet jugée représentative de celle des plus fines particules d'usinage dont le temps de réponse aérodynamique est négligeable. Enfin, une modélisation complète du banc d'essai est réalisée afin de permettre une comparaison avec les résultats expérimentaux pour ainsi progresser dans la validation des modèles utilisés pour décrire la dispersion d'un traceur gazeux représentatif des fines particules. Le logiciel commercial Fluent est employé pour les simulations numériques / This study based at the same time in experimental and numerical aspect, is part of the framework to understand deeply the capture of pollutants on rotating machines and focuses especially on the characterization of the dispersion of fine particles generated by machining operations : i.e. these particles are assimilated as a passive tracer due to their negligible aerodynamic response time. The main objective covered by this study is to develop a numerical method of close capture exhausts systems for machining devices. The first task was to achieve an experimental device re-creating a similar grinding operation in a perfectly controlled environment. The flow used is defined as the one generated by a rotating cylinder in a ventilated test rig. A pollutant of particles, represented by spherical glass beads, is produced inside the test rig (by using a seeding system of particles), recreating therefore the aerodynamic effects of largest machining particles. A tracer gas, representing the fraction of fine particles, is injected simultaneously with the jet of particles through a capillary tube placed at the source. The properties of the jet of particles obtained are characterized by particle tracking velocimetry (PTV) allowing then to obtain data input and validation of numerical simulations. This particle tracking technic, developed in this study remains as robust method even in heavily loaded particles (i.e. the source region of the jet). The velocity field of the gas phase has meanwhile been characterized by particle image velocimetry (PIV), using a code developed specifically for this assay (Belut 2006 [4]). The dispersion of a tracer gas (sulfur hexafluoride - SF6) emitted simultaneously with the jet of particles is then studied experimentally : the dispersion of such a gas is indeed considered representative of finest particles which aerodynamic response time is negligible. Finally, a complete modeling of the experimental test rig is performed to allow comparison with experimental results in order to progress in the validation of models used to describe the dispersion of a tracer gas representative of finest particles. The commercial soft ware FLUENT is used for numerical simulations