Cette thèse porte sur la résolution théorique et numérique des équations de Maxwell dans le domaine temporel ou fréquentiel. Dans une première partie, on démontre l'existence et l'unicité mathématique de la solution du problème d'évolution. On s'intéresse également au comportement asymptotique en temps de cette solution lorsque le second membre des équations est sinusoi͏̈dal en temps. L'approche utilisée fait appel à la théorie des systèmes hyperboliques linéaires du premier ordre, au théorème de Hille-Yosida, aux principes d'amplitude limite et d'absorption limite, ainsi qu'à des théorèmes de traces (dans le cas du problème aux limites). Dans un second temps, on développe une approximation par éléments finis discontinus du problème fréquentiel, basée sur une décomposition de la matrice des flux en partie positive et négative (méthode de Flux-Splitting). Cette approche autorise l'utilisation de maillages totalement déstructurés. Une étude d'erreur lorsque le pas h du maillage tend vers zéro est proposée. Un algorithme itératif de résolution du problème discret, basé sur une décomposition de domaine sans recouvrement, est ensuite décrit. On démontre sa convergence vers l'unique solution discrète. L'implémentation sur un ordinateur à architecture massivement parallèle (ipsc 860) a été réalisée. Enfin, on construit une équation intégrale adaptée à la méthode, pour la résolution des problèmes en domaine non borné. Des expériences numériques sont décrites dans le cas d'éléments finis de type p#0 (approximation constante par élément).

Dans le cadre des écoulements de couche limite laminaire, l'emploi conjoint de la formulation déficitaire et de la méthode des développements asymptotiques raccordés conduit a l'établissement d'un système d'équations de couche limite déficitaire. Dans l'épaisseur de la couche limite, chaque grandeur s'écrit comme la somme d'une grandeur fluide parfait et d'une grandeur déficitaire. Par rapport a la théorie de Prandtl où a la théorie de couche limite du second ordre de Van Dyke, l'approche déficitaire permet de prendre en compte le cisaillement de l'écoulement non-visqueux dès le premier ordre et donne de meilleurs résultats. En particulier, dans le cas de rentrée atmosphérique, l'effet d'avalement d'entropie est représenté. Ce mémoire se propose d'étendre l'approche déficitaire aux écoulements de couche limite turbulente. Les quatre premiers chapitres traitent du cas incompressible, le dernier étant réservé au problème compressible. La première partie débute par une présentation du modèle asymptotique classique de Yajnik et Mellor, suivie par une étude bibliographique de plusieurs autres modèles. Dans le second chapitre, la formulation déficitaire est adaptée au modèle de Yajnik-Mellor. Ün introduit également l'idée de "recombinaison des équations" qui permet d'obtenir un jeu unique d'équations de couche limite pour les deux premiers ordres asymptotiques. L'étude numérique de la troisième partie démontre l'intérêt de l'approche déficitaire par rapport à l'approche classique. Enfin, le dernier chapitre de la partie incompressible porte sur des méthodes de couplage appliquées aux deux approches. Le cinquième chapitre montre que l'extension du modèle de Yajnik-Mellor au cas compressible se heurte à un mauvais traitement asymptotique de la région interne de couche limite. Quelques idées de résolution sont données.

Les équations de stabilité sont parabolisées dans la direction x longitudinale de l’écoulement (équations PSE). A la théorie classique, locale, linéaire parallèle d’Orr-Sommerfeld, est substitué un problème d’évolution résolu par une simple marche en x. Cette nouvelle approche permet de traiter simplement et simultanément les effets non parallèles et les effets faiblement non linéaires. En théorie linéaire, après des comparaisons avec la théorie parallèle, la méthode des échelles multiples, des résultats expérimentaux et avec des Simulations Numériques Directes (DNS), on trouve des effets non parallèles importants pour des perturbations et des écoulements moyens tridimensionnels. En théorie faiblement non linéaire, les résonances fondamentale et subharmonique sont obtenues pour des couches limites bidimensionnelles. On montre que les PSE sont en accord avec les expériences, la théorie de l'instabilité secondaire, et les DNS, pour les écoulements de similitude de Falkner-Skan. L’état de saturation en amplitude des perturbations instationnaires ainsi que l’augmentation du coefficient de frottement près du début de la transition sont ainsi mis en évidence. Enfin l’approche PSE est appliquée sur des expériences faites au CERT-ONERA, pour des écoulements de couche limite quelconques avec de forts gradients de pression.

La couche limite tridimensionnelle turbulente est le siège de phénomènes complexes, particulièrement du point de vue de la structure de la turbulence. L’exploitation des propriétés des équations de Prandtl permet un calcul très rapide par une méthode de marche en espace, ce qui facilite l'étude des performances de modèles de fermeture complexes. Le code de calcul de couche limite du CERT/DERAT a été étendu pour permettre des calculs en mode inverse ; des modèles de turbulence classiques, reposant sur l’intégration de une à cinq équations de transport pour les moments turbulents, ont été inclus dans la méthode en vue d’une utilisation industrielle. La surface sur laquelle se développe la couche limite peut être donnée par plusieurs blocs de maillage structuré, et la méthode proposée permet la coexistence de zones laminaires, transitionnelles ou turbulentes avec équations de transport. En couche limite tridimensionnelle, la contrainte de cisaillement turbulente n'est pas alignée avec la contrainte visqueuse. Les modèles a viscosité tourbillonnaire étant incapables de reproduire cette propriété, une autre partie de l’étude, plus fondamentale, examine les développements récents sur la fermeture au second ordre. L'accent porte particulièrement sur le tenseur des corrélations pression-déformation, et ses propriétés pour la couche limite tridimensionnelle sont étudiées. Les adaptations nécessaires pour prendre en compte la présence de la paroi sont également présentées. Tout le tenseur à de Reynolds a été intégré numériquement par des approches à une ou deux couches pour évaluer des fermetures récentes non linéaires en écoulement tridimensionnel, sur les cas d’une aile en flèche et d’un ellipsoïde de révolution en incidence. Une excellente prévision de l’écoulement moyen, et des désalignements, bien qu’encore trop peu importants, ont pu être obtenus avec certains modèles.

L’écoulement de couches limites à la sortie de la chambre de combustion d'un avion hypersonique à propulsion aérobie est étudié pour deux cas de vol correspondant a des nombres de Mach de 6 et 12. Le long de la tuyère, l’écoulement est réactif et le mécanisme réactionnel peut comporter plus d‘une centaine de réactions et une quinzaine d‘espèces chimiques. La notion de troisième corps permet de réduire les temps de calcul, sans omettre pour autant aucune réaction chimique. De plus, on a établi des critères permettant de négliger les réactions qui ont peu influence sur les taux de production chimique des différentes espèces. Le couplage entre la chimie et la turbulence est abordé de deux façons différentes qui dépendent de la nature de l’écoulement en sortie du superstatoréacteur. S'il est mal mélangé, la combustion est limitée par le temps de mélange turbulent nécessaire pour mettre en contact les réactifs et on emploie un modèle de type Eddy Break-Up pour exprimer les taux de production chimique. Cette méthode limite fortement la cinétique chimique et l’écoulement est proche de l‘état fige. A l'inverse, si l'écoulement est bien mélangé, il faut tenir compte de fluctuations de température dans le calcul des vitesses des réactions chimiques qui sont des fonctions exponentielles de la température. Cette dépendance est prise en compte soit en faisant un développement de Taylor à l'ordre deux selon le rapport de la variance des fluctuations de température et de la température moyenne, soit en utilisant des fonctions de densité de probabilité présumées de type Gaussienne. Ces deux méthodes totalement distinctes ont cependant des effets similaires.

L' objectif de cette thèse est la modélisation des écoulements turbulents diphasiques rencontrés dans les chambres de combustion. Six méthodes de modélisation lagrangienne de la dispersion de particules sont étudiées (approche déterministe instationnaire et cinq modèles stochastiques). Les résultats des simulations ont été comparés entre eux et à des résultats expérimentaux dans trois configurations de base (turbulence de grille, zone de mélange, marche descendante). Les comparaisons montrent l'importance des structures instationnaires, elles conduisent à la sélection d’un modèle stochastique "à une particule" basé sur un critère temporel et sur un critère spatial. Quatre modèles d’évaporation d’une goutte isolée sont décrits ("Frossling", conduction infinie, conduction limitée, conduction effective), puis comparés dans des conditions représentatives des applications de combustion. L'auto-inflammation d’une goutte de carburant est traitée à l’aide de critères basés sur les caractéristiques locales de l'écoulement. Les interactions goutte-paroi et entre gouttes sont étudiées à partir de la bibliographie. Leur importance est mise en évidence dans trois configurations (zone de mélange, marche descendante, jet monodisperse). Les interactions entre la phase dispersée et l'écoulement porteur sont calculées à l’aide de termes sources introduits dans les équations décrivant la phase continue. L’association de tous les modèles considérés conduit à la mise au point d’un programme modulaire de simulation des principaux phénomènes physiques liés à la combustion d’un carburant liquide. Les résultats obtenus grâce à ce logiciel sont présentés pour deux points de fonctionnement d’un module de pré-mélange pauvre (cas test, conditions réelles). Les comparaisons avec les résultats expérimentaux du cas test montrent le bon fonctionnement du programme.