Η περιγραφή των αλληλεπιδράσεων που αναπτύσσονται μεταξύ ενός συνόλου σωμάτων που είτε είναι ακίνητα είτε κινούνται και ενός ρευστού, ρέοντος ή ηρεμούντος, βρίσκεται στον πυρήνα ενός μεγάλου αριθμού επιστημονικών προσπαθειών. Η μοντελοποίηση των αλληλεπιδράσεων αυτών μπορεί να γίνει με πολλούς τρόπους, καθένας από τους οποίους εμφανίζει πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα, ανάλογα με το είδος του συστήματος στο οποίο επιχειρείται να εφαρμοστεί. Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η ανάδειξη ενός εξ αυτών που είναι η Μέθοδος των Προτύπων Ροών. / The description of interactions between a number of solid particles, which may be in motion or fixed in space and a fluid which in turn may either be flowing or resting, is placed at the core of a large number of scientific publications. Modelling such interactions may follow a variety of approaches. Each approach has its own pros and cons, regarding the nature and the specific features of the system which is aimed to describe. Current thesis goal is to describe one of these approaches, which is the approach of Singularities or the Method of Elementary Flows.

Cette thèse présente une étude numérique des interactions hydrodynamiques entre des particules et une paroi plane dans un fluide Newtonien, dans l'hypothèse d'un petit nombre de Reynolds. Les équations de Stokes sont d'abord transformées sous la forme classique d'une équation intégrale de surface donnant les contraintes sur la surface entourant le fluide. Nous avons calculé ainsi les forces et les couples exercés sur les particules. Une étude préliminaire correspond au problème axisymétrique pour une chaîne de particules sphériques arrangées suivant une ligne perpendiculaire à la paroi et en mouvement suivant cette ligne dans un fluide au repos. Puis nous avons abordé le problème général de particules non sphériques, la position des particules étant quelconque et le fluide loin des particules pouvant être en écoulement. Pour le cas axisymétrique, les points de collocation (qui sont aussi les emplacements des singularités de Stokes ou ``stokeslets'') sont choisis sur les surfaces des particules de façon que leurs distance relatives soient proportionnelles à la distance entre surfaces proches. Pour traiter le cas général, nous avons mis au point un code de calcul utilisant la méthode des éléments de frontière (BEM). Les stokeslets sont ici répartis de façon à prendre en compte les interactions hydrodynamiques et la complexité géométrique des configurations. En effet, le maillage est adapté à la variation du gradient de contraintes de façon que les zones de la surface qui entrent en forte interaction hydrodynamique soient les plus raffinées. La technique de raffinement dynamique de maillages que nous avons mise au point nous a permis de mieux détecter les zones de lubrification entre particules et paroi ainsi que les interactions entre particules. Les contraintes ont ainsi été calculées pour de nouvelles configurations géométriques. Enfin, les relations linéaires entre les forces et couples qui s'exercent sur les particules et leurs vitesses de translation et rotation sont exprimées au moyen de la « grande matrice de résistance » (ou de son inverse la « grande matrice de mobilité ») qui est alors introduite dans la relation fondamentale de la dynamique. En intégrant, nous avons déterminé les trajectoires des particules dans diverses configurations: en sédimentation dans un fluide au repos au voisinage d'une paroi, tournant librement dans un écoulement donné, ... La méthode permet aussi d'obtenir les champs de vitesse du fluide dans ces conditions.

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