Calcul direct du bruit aérodynamique et validation de modèles acoustiques hybrides

Ce travail de these concerne le calcul direct du bruit d'origine aerodynamique a partir des equations de Navier-Stokes. Il permet d'obtenir simultanement les champs aerodynamiques et les champs acoustiques, lesquels possedent des caracteristiques physiques tres differentes, sans faire intervenir de modelisation acoustique. L'alternative a cette demarche consiste a utiliser des methodes hybrides, egalement etudiees dans ce travail, qui s'appuient sur un calcul en deux etapes. Dans ces methodes, on determine dans une premiere etape un champ turbulent de vitesse et on utilise, dans une seconde etape, un modele de sources acoustiques combine avec un operateur de propagation pour obtenir le rayonnement acoustique. Pour ces diverses approches, un code de resolution des equations de Navier-Stokes 2-D puis 3-D est developpe avec des techniques propres a l'aeroacoustique numerique. Les techniques numeriques mises au point prennent en compte les particularites des fluctuations acoustiques. La precision des conditions aux limites fait notamment l'objet d'une evaluation minutieuse a l'aide de cas tests afin de minimiser les reflexions parasites. On dispose ainsi d'un code de simulation numerique directe (DNS) qui calcule toutes les echelles de la turbulence. Le modele de sous-maille de Smagorinsky est de plus implante pour pouvoir realiser des simulations des grandes echelles (LES) dans lesquelles seules les grosses structures sont resolues. Plusieurs configurations sont considerees. (1) Le rayonnement de deux tourbillons corotatifs avec et sans ecoulement moyen est determine directement par DNS. La source de bruit de type quadrupole tournant est mise en evidence. Ces deux calculs preliminaires permettent egalement d'evaluer la precision de la methode hybride qui introduit des termes sources dans les equations d'Euler linearisees. L'expression des termes sources est ainsi validee. (2) Le rayonnement produit par appariement de tourbillons dans une couche de melange 2-D subsonique est calcule directement par LES. Le mecanisme de generation de bruit est analyse en rapport avec la source quadrupolaire associee aux tourbillons corotatifs. Cette simulation permet aussi d'appliquer avec succes les deux methodes hybrides s'appuyant sur l'analogie de Lighthill et sur les equations d'Euler linearisees. (3) Un jet rond 3-D presentant un nombre de Mach de 0. 9 et un nombre de Reynolds de 6. 5 x 104 est etudie par LES. Le developpement naturel du jet est obtenu en ajoutant des perturbations aleatoires de vitesse au profil initial en entree du domaine de calcul. Les caracteristiques aerodynamiques du jet sont validees par comparaison avec des donnees experimentales. Le rayonnement acoustique de ce jet, obtenu directement par LES, est conforme aux mesures de la litterature en terme de niveau, de directivite et de contenu spectral. Le jet est aussi excite de maniere axisymetrique afin de generer des tourbillons annulaires. Les proprietes du rayonnement acoustique produit par les appariement s de tels tourbillons sont ainsi directement mises en evidence.