Mes remerciements vont en premier lieu à mon directeur de thèse Pierre Sagaut, qui a su me guider de façon avisée pendant ces trois années de thèse. Ses conseils toujours justes et ses remarques constructives m'ont été très utiles, et son accueil chaleureux ainsi que nos discussions instructives et sympathiques lors de mes venues dans la cité phocéenne m'ont permis de me sentir immédiatement la bienvenue. Je le remercie pour la confiance qu'il m'a accordée, et j'aimerais lui exprimer à travers ces quelques mots la profonde gratitude et reconnaissance que je lui porte. J'aimerais aussi remercier Denis Ricot, qui m'a introduite à la méthode de Boltzmann sur réseau, pour sa rigueur, son esprit critique et son encadrement efficace. Malgré son emploi du temps très chargé, je le remercie pour le temps qu'il m'a accordé afin de m'aider pendant ces trois ans. Je tiens également à exprimer mes remerciements à Guillaume Fritz, pour son rôle d'encadrant et pour sa patience. Sa lecture méticuleuse du mémoire de thèse, ainsi que ses conseils lors de la préparation de présentations, m'ont été d'une grande aide. J'aimerais également exprimer ma reconnaissance à Félix Gendre, pour nos discussions enrichissantes sur divers aspects de la méthode de Boltzmann sur réseau. Je remercie aussi les membres de la DEA-TDS4 pour leur accueil chez Renault. Enfin, je remercie Marc Albertelli dont les discussions sur la méthode adjointe et sur les méthodes d'optimisation de façon générale m'ont permis de me former en début de thèse. Je tiens aussi à remercier Sylvain Maillot pour sa gentillesse, sa générosité, et sa bonne humeur quotidiennes qui ont rendu ces trois années de thèse très agréables. Je remercie également François Dubois et Christophe Corre pour leurs rapports sur ce mémoire qui ont permis de soulever un certain nombre de points intéressants et de perspectives. J'exprime aussi mes remerciements à Grégoire Allaire pour l'intérêt qu'il a porté à mon travail et pour avoir accepté de présider le jury de thèse, ainsi que tous les membres du jury qui ont accepté de juger mon travail. Enfin, je tiens à remercier mes amis et mes parents qui m'ont soutenue et encouragée pendant ces trois années. Un merci particulier à ma mère qui m'a encouragée à poursuivre cette thèse, et à Anne, Emilie, Audrey et les autres qui se reconnaitront ... Pour finir, je remercie Alexandre pour son soutien infaillible, sa patience, et son optimisme quotidien. 1 Résumé Cette thèse a pour objectif le développement d'un solveur adjoint dans ProLB, le logiciel d'aérodynamique basé sur la méthode de Lattice-Boltzmann utilisé chez Renault. Ce solveur adjoint permet de calculer les sensibilités surfaciques des efforts aérodynamiques sur un obstacle, typiquement un véhicule, par rapport à la forme de celui-ci. L'objectif final est de le déformer, par des techniques de morphing basées sur une méthode de descente du gradient à pas constant, afin de réduire sa traînée aérodynamique. Dans un premier temps, l'étude de cas 2D laminaires permet de détailler le développement du...

A new compressible pressure-based Lattice Boltzmann Method is proposed to simulate humid air flows with phase change. The variable density and compressible effects are fully resolved, effectively lifting the Boussinesq approximation commonly used, e.g. for meteorological flows. Previous studies indicate that the Boussinesq assumption can lead to errors up to 25%, but the model remains common, for compressible models often suffer from a lack of stability. In order to overcome this issue, a new pressure-based solver is proposed, exhibiting excellent stability properties. Mass and momentum conservation equations are solved by a hybrid recursive regularized Lattice-Boltzmann approach, whereas the enthalpy and species conservation equations are solved using a finite volume method. The solver is based on a pressure-based method coupled with a predictor-corrector algorithm, and incorporates a humid equation of state, as well as a specific boundary condition treatment for phase change. In particular, boundary conditions that handle mass leakage are also proposed and validated. Three test cases are investigated in order to validate this new approach: the Rayleigh-Bénard instability applied to humid air, the atmospheric rising of a condensing moist bubble, and finally the evaporation of a thin liquid film in a vertical channel. Results indicate that the proposed pressure-based Lattice-Boltzmann model is stable and accurate on all cases.

An immersed boundary method is coupled to a turbulent wall model and Large Eddy Simulation, within the Lattice-Boltzmann framework. The method is able to handle arbitrarily moving objects immersed in a high Reynolds number flow and to accurately capture the shear layer and near wall effects. We perform a thorough numerical study which validates the numerical method on a set of test-cases of increasing complexity, in order to demonstrate the application of this method to industrial conditions. The robustness and accuracy of the method are assessed first in a static laminar configuration, then in a mobile laminar case, and finally in a static and oscillating turbulent simulation. In all cases, the proposed method shows good results compared to the available data in the literature.

No abstract